脉冲电流密度及施加方向对Ti-6Al-4V合金拉伸性能的影响研究

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Ti-6Al-4V钛合金具有良好的强度、耐腐蚀性等特点,同时也是最典型、研究最深入的钛合金,但其存在变形抗力大、室温塑性低、加工硬化严重等问题,一定程度上限制了其应用。近年来提出的电流辅助成形技术可较好地提高钛合金的成形性能,成为当前研究的热点之一。但在电流辅助成形过程中,电流参数如何影响材料的成形性能,特别是电流方向如何影响材料的流动应力等力学性能,尚鲜有报道。为此本文设计了相关实验,研究了不同电流密度以及不同电流方向条件下Ti-6Al-4V钛合金的流动应力,并通过TEM分析,揭示了其影响机理。依据试验数据,构建了脉冲电流作用下考虑电流密度及电流方向的本构方程,并通过有限元方法对该本构模型进行了验证。通过降低有效电流密度和脉冲电流占空比消除焦耳热效应,验证了纯电塑性效应对材料流动应力的影响存在一定的饱和度,当峰值电流密度增大到某一特定值时,材料的流动应力变化趋向平缓。通过改变电流方向与载荷方向的夹角,确定了不同电流方向对材料流动应力的影响规律。并研究了不同电流方向条件下位错组态的差异,当电流方向与载荷方向夹角越小时,材料晶粒内位错分布更加均匀,位错塞积现象越少,分析表明其作用机理为脉冲电流促进了<-12-10>(0002)方向上的位错滑移。此外还发现脉冲电流的施加,促进了晶界处原子的运动,使得晶粒具有转动的倾向。基于脉冲电流条件下单向拉伸力学性能试验数据,在J-C模型的基础上,通过添加描述电流密度及电流方向的函数,建立了Ti-6Al-4V钛合金在不同电流密度、电流方向条件下的流动应力本构方程。在ABAQUS有限元平台中,利用UHARD子程序将该本构模型用于单向拉伸变形过程的数值模拟,模拟结果与试验结果吻合度较好,验证了该模型的有效性与可用性。
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