脉冲电流对镁合金边裂的抑制与机理分析

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我国镁合金储量丰富,但由于镁合金本身的密排六方结构以及其室温下非基面滑移不开动的特点,造成镁合金的塑性加工困难,成型后材料出现较多的缺陷和二次加工困难等现象。以镁合金板带材轧制为例,轧制边裂一直是困扰生产的突出问题,采用热轧和温轧工艺虽有所改善,但工艺较为复杂、耗能大、效率低,为适应国家绿色发展思路,迫切需要研究新的轧制工艺。电致塑性效应是在金属变形过程中引入合适的脉冲电流,促使金属变形抗力快速下降,而塑性提升的独特现象。电致塑性加工较传统加工工艺有明显的优势,如能在较低温度下进行加工、提高成型件的力学性能、提高效率、降低能耗,尤其对难变形金属的变形提供了新的加工手段。本文针对镁合金轧制过程中容易出现边部裂纹的现象,引入了高能脉冲电流轧制,提出一种能够有效抑制镁合金室温轧制时出现边裂的轧制新工艺。并通过搭建电塑性轧制实验平台和多工况轧制实验,结合轧制微观形貌和宏观力学测试分析,研究了电脉冲场对镁合金轧制边裂的抑制能力和作用机理。为实现工业应用奠定理论基础和实验依据。本文以温轧态镁合金薄带为对象,开展以下研究工作(1)研究在室温下的轧制变形极限,实验结果表明,在12%压下量情况下轧制后的镁合金出现明显边部裂纹,25%时边裂现象明显突出,30%压下量情况下镁合金薄带开始出现断裂现象。(2)探究电塑性轧制对镁合金薄带边裂的抑制效果和规律,以及对微观组织和轧制力的影响,实验发现高能脉冲电流明显抑制边部裂纹的发生,且随着电流强度、频率、脉宽的增大,边裂的数量、深度和轧制力以及微观组织中的V字形变形剪切带均不同程度的下降。(3)对均匀化处理后的镁合金进行电塑性轧制,实验探究不同电流强度对镁合金边部裂纹、轧制力、微观组织以及力学性能的影响规律。结果表明,均匀处理后的镁合金塑性显著提高,25%压下量未出现明显的边部裂纹,轧制力随着电流强度的增加而降低,微观组织的变化在不同压下量情况下呈现规律有差别,基本呈现组织细化的变化规律。抗拉强度、屈服强度在不同压下量情况下随着电流强度的增加均增大,而硬度却随着电流强度的增大而降低。(4)对边部裂纹进行原位通电观察,发现在一定的电流参数下,裂纹明显出现压合,缝隙变窄,并进一步探究了高能脉冲电流对镁合金轧制边裂抑制作用的内在机理,提出了一种提高轧制效率和力学性能的室温轧制镁合金的新工艺。本文主要研究了高能电脉冲不同电参数对镁合金的宏观边裂的影响规律,并简要分析了其作用机理,但由于脉冲电流的作用效果主要在原子层面和动态影响较快,目前没有合适的方法去直观观察,所以还有待进一步的探究。
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