铝锂合金薄板微结构辊压微成形缺陷及其电致塑性效应数值模拟研究

目的研究微结构形状及尺寸、压下量、温度、电流强度和电流路径对电流辅助辊压成形的影响规律,分析辊压过程中多物理场耦合行为,探究电致塑性效应对辊压成形的作用机理,并以此来解决薄板微结构形性协同控制关键问题。方法采用ABAQUS建立微结构辊压有限元模型,通过辊压成形数值模拟方法进行相关研究。首先设计了三因素三水平正交试验,探究了沟槽形状、沟槽深度、压下量对成形效果的影响。其次通过改变电流大小、对比辊对辊(R2R)和辊对板(R2P)2种电流路径、对比电流辅助辊压和等温辊压模拟试验来依次探究电流强度、电流路径、电流的非热效应对铝锂合金薄板微结构辊压成形过程中微结构填充率与板材翘曲高度等辊压成形缺陷的影响规律。结果在R2R电流路径下,电流分布于整个板厚空间,而在R2P电流路径下,电流主要分布于材料表面,2种路径下的温度与应力分布相似,但R2R下的峰值温度略高,约高20℃;峰值应力略小,约小35MPa。当压下量与微沟槽宽度越大、沟槽形状越接近矩形时,辊压填充高度和翘曲高度均越大。在相同温度下,与等温辊压相比,电流辅助辊压微结构填充高度更高。三角形微沟槽在100 A、30%压下量时的辊压填充高度提升率高达7%。在等温辊压下,微结构填充时的塑性流动主要分布于表层;而在电流辊压下,微结构填充时的塑性流动在整个板厚范围内分布得较为均匀,且应力集中不明显。温度对辊压微结构薄板翘曲程度的改善作用较小,电致塑性效应大幅改善了微结构薄板辊压翘曲程度,翘曲高度减小约70%。结论从焦耳热均匀性角度来看,电流路径选择R2R更优。通过改变压下量、微沟槽宽度与形状可以改变微结构辊压成形效果。相较于等温辊压,电流辅助辊压可以提高辊压填充高度、减小板材翘曲高度,故其成形效果更好,说明电流非热效应可以促进辊压成形的进行。

Ti-55高温钛合金纯电塑性效应试验研究

通过电辅助等温拉伸与常规等温拉伸试验研究了脉冲电流对Ti-55高温钛合金拉伸变形行为的影响,并采用扫描电镜观察了Ti-55高温钛合金在不同条件下的微观组织与断口形貌变化。结果表明,Ti-55高温钛合金存在较为明显的纯电塑性效应,电辅助拉伸相较于常规等温拉伸在降低高温钛合金变形抗力与屈强比方面有着更显著的作用;电辅助变形试样的平均晶粒面积及小角度晶界所占比例在600℃时都大于常规热变形,700℃数据结果反转,说明电辅助作用下Ti-55高温钛合金发生动态再结晶所需的温度低于常规热变形;纯电塑性效应的存在增加了Ti-55高温钛合金微孔聚集性断裂的倾向。

电塑性效应下5A90铝锂合金折弯性能

针对5A90铝锂合金在室温下力学性能差而导致其成形复杂零件困难的问题,通过电塑性拉伸、电塑性折弯实验,研究电塑性效应对5A90铝锂合金折弯性能的影响。结果表明,在电塑性作用下,5A90铝锂合金的延伸率明显提高,折弯成形性能变好,且电流越大,折弯性能提高的效果越明显。同时探究了电塑性折弯的相关机理。

电塑性效应中的磁场对金属流动应力的影响

电塑性效应是指在金属塑性变形过程中向其塑性变形区通电导致的金属变形抗力急剧下降、塑性显著提高的现象。虽然目前金属的电塑性加工技术已取得较好的实验研究成果,但对电塑性效应的作用机理的研究一直处在探索之中,其中比较关键的问题是电流在材料中产生电塑性效应的机理和电塑性效应中材料的各塑性相关量(变形抗力、延伸率)的理论计算方法。本文从电流引起的磁塑性效应的角度解释了电塑性效应,认为金属塑性的提高是由于电流产生的磁场促进位错从顺磁性障碍物中脱钉。将位错滑移热激活理论与磁场引起的位错滑移激活面积增大理论相结合,得到了电流密度和电流作用下金属拉伸应变速率之间的关系,然后将所得结论代入到金属的本构方程中,得到了电塑性成形过程中流动应力的解析表达式。最后,对铜丝进行了电塑性拉伸实验,实验结果表明在0~2000 A/mm^(2)电流密度范围内,电流作用下的金属流动应力理论计算结果与实验结果相符合。

电塑性效应及在塑性成形中的应用新进展

分析了电塑性效应的影响因素和机理,讨论了电塑性效应在塑性成形中的应用,特别对电塑性效应在微成形和渐进成形等塑性成形工艺中的应用作出了展望,为电塑性效应在塑性成形中的广泛应用提供参考.

电(致)塑性效应在材料加工中的应用研究进展

材料在电场或外加电流的刺激下,各项性能会发生改变,塑性提高,变形抗力下降,即电塑性效应。近年来,在材料加工的各领域已经开始广泛将这一效应用于材料的改性研究中,取得了显著地成果。基于此,综合评述了电(致)塑性效应微观机理及影响因素的研究现状,分析了电(致)塑性效应中电子风力及漂移电子对材料内部位错的影响,讨论了电(致)塑性效应对材料显微组织及力学性能的影响,并对电(致)塑性在材料加工中的应用研究进展进行综述。同时对电(致)塑性效应在材料加工方面的应用做出了展望,为电(致)塑性效应在材料加工中的广泛应用提供参考。

AZ31镁合金与DP980高强钢的纯电塑性效应实验研究

通过单向拉伸试验研究了AZ31镁合金和DP980高强钢两种轻型材料的电塑性效应,研究表明:AZ31镁合金存在纯电塑性效应,而DP980高强钢不存在明显的纯电塑性效应。通过分析峰值电流密度和频率对AZ31镁合金流动应力的影响规律,在Fields-Backofen模型基础上建立了考虑电塑性效应的流动应力方程,此方程能很好的拟合小变形阶段的流变行为。

单向拉伸试验研究AZ31B镁合金板材的电塑性效应（英文）

通过单向拉伸试验研究镁合金AZ31B的电塑性效应。为了显示脉冲电流的非热效应,在相同温度下开展两类试验:环境箱中的单向拉伸试验和脉冲电流辅助的单向拉伸试验。此外,对脉冲电流在材料变形过程中引起的温度场进行数值模拟。结果表明,沿材料截面方向温度分布均匀。通过对比两类单向拉伸试验的真应力-真应变曲线,证实了脉冲电流非热效应的存在。通过光学显微镜研究脉冲电流对材料微观组织演化的影响,结果表明:脉冲电流引起的动态再结晶对流动应力的下降起重要作用。最后,提出一个考虑电塑性响应的AZ31B流动应力模型,并通过实验进行验证。结果表明:模型预测结果和实验结果吻合较好。

电致塑性效应机制研究及其展望

对电致塑性微观机制的研究现状进行综合评述,讨论了漂移电子在电场作用下形成的电子风力对可动位错密度、分布和结构的影响,对堆垛层错能的影响,对显微组织的影响,同时对现有的研究理论基础进行了总结,最后对金属电致塑性的应用及所面临的技术问题进行了分析。

内壁含轴向半椭圆裂纹压力容器热弹塑性效应数值分析

基于固体材料的热弹塑性效应,采用单向耦合数值分析方法,对内壁含有轴向半椭圆裂纹压力容器在单调递增载荷下的热弹塑性效应进行了数值分析,得到了含裂纹缺陷压力容器在内压载荷作用下的应力应变分布及演化特点,获得了裂纹前缘以及与之相邻的压力容器筒体外壁节点温度分布及变化规律。结果表明,裂纹最深处的应力集中较裂纹前缘其他区域更为明显,且裂纹长度和深度都对裂纹区域以及与之相邻的筒体外壁区域的温度变化产生影响。当裂纹较小时,外壁面温度不连续范围较窄,甚至难以通过温度不连续性来判明裂纹缺陷的存在;当裂纹较大时,外壁面的温度不连续范围较广,但温度变化最大的区域始终位于与裂纹面毗邻的筒体外壁区域。所得结论可为压力容器内壁半椭圆裂纹缺陷的红外无损检测提供参考。

Zn-22%Al合金电致塑性效应中位错激活的动力学分析

对Zn-22%Al合金进行超塑变形时,同时施以高密度脉冲电流,合金的延伸率和应变速率敏感性指数均得以提高.主要变形是晶内变形和晶界变形共同的结果,并发生动态回复和动态再结晶.讨论了位错运动的动力学,认为塑性变形是位错激活的结果.位错运动前的瞬间,位错所受的电子风力是最大的,对于运动的位错实际所受电子风力大小,由于多个因素对电子风力不同程度的影响,只能是半定量的计算.

Zn-5Al合金反常的电塑性效应

Zn－5Al共晶合金在电场中超塑变形时，表现出反常的电塑性效应．电场对应变速率的影响幅度与电场对表面空洞的影响有关.电场在试样表面产生感应电荷，感应电荷产生表面空洞。

金属的电致塑性和电致超塑性效应

综合论述了金属的电致塑性和电致超塑性效应的研究状况．说明产生这些效应的主要原因是由于漂移电子所产生的电子风提高了金属中缺陷（主要是位错）的迁移率。

金属的电致塑性效应

本文主要介绍了国外金属压力加工方面正兴起的新研究课题,即金属的电致塑性效应,並对一些实验结果和理论分析作了初步评述。

电致塑性效应本构方程的研究

通过分析脉冲电流对金属应力应变的影响，经一定的假设条件处理，选择合理经验方程简化金属材料的应力-应变模型，得到脉冲电流对金属应力应变的影响函数。结合不同加工硬化模型，推导出电致塑性效应的本构方程H模型和V模型，分析两种模型的各自特点，提出新的电致塑性效应本构方程H-V模型。经过对比发现，H-V模型对纯铝的模拟应力应变和实际应力应变平均误差仅为0．5％，最大误差为2．3％。对于纯钛，H-V模型对任一应变所对应的流动应力的模拟误差在±10．0MPa，模拟和实测的应力～应变曲线平均误差仅为3．6％，最大误差为6．4％。H．V模型能准确模拟纯铝和纯钛在施加脉冲电流拉伸过程中应力和应变的行为。

内壁含轴向凹坑缺陷压力容器加载过程热弹塑性效应数值分析

基于固体材料的热弹塑性效应,对内壁含有轴向椭球形凹坑缺陷的压力容器在单调递增载荷条件下的热力特性进行有限元数值求解,得到了含轴向凹坑缺陷压力容器在内压载荷作用下的应力应变分布及演化特点,获得了凹坑以及与之相邻的压力容器筒体外壁节点温度的分布及变化规律。结果表明,在内压载荷作用下,凹坑最低点始终是应力最集中的区域,且发生塑性屈服后塑性变形沿着轴向扩展较快。凹坑缺陷所对应的筒体外壁区域,在局部弯矩的作用下,其所受应力比周围其他区域低很多,从而由非均匀弹性变形产生的温度不连续现象始终存在于这一区域,且形状与凹坑形状类似。当载荷超过极限载荷时,塑性屈服将在凹坑斜方向上的筒体外壁处发生,并沿着壁厚方向和凹坑轴向扩展,最终与凹坑底部的塑性屈服区域重合,此时凹坑区域所对应的筒体外壁温度分布较为复杂,且无规则性。研究结果可为压力容器筒体内壁轴向凹坑缺陷的红外无损检测提供理论参考。

关于蒽单晶位错和光塑性效应探讨

本文讨论了由位错特性及其运动而造成蒽有机单晶的塑性形变机理,并对蒽单晶的光塑性效应进行了大量实验研究,证实了这种单晶能产生可逆性Bulk光塑性效应.产生最大光塑效应的光波长为～400nm.

凹陷塑性效应对圆柱壳稳定承载能力的影响

首先通过实验研究了轴压含有凹陷圆柱壳的稳定承载能力;其次,从考虑圆柱壳的凹陷塑性成形过程以及不考虑凹陷成形过程(仅把凹陷当作结构的不规则变化)两个方面,利用Ansys软件对含有凹陷圆柱壳的稳定承载能力进行数值分析;最后,对比两种分析所得出的结果,得到了凹陷塑性效应对圆柱壳稳定承载能力的影响。

碱卤晶体的光塑性效应

对于光塑性效应的研究,可以得到在金属晶体上不容易得到的有关位错运动的一些重要实验资料.本文简单归纳总结出国际上关于碱卤晶体PPE的一些主要研究成果以及存在的问题.目前基本公认,产生其正的PPE原因是由于F中心被激发而导至运动位错与F^-或F^+的作用结果.

电塑性效应对5A90铝锂合金成形极限的影响

研究了电塑性效应对5A90铝锂合金成形极限的影响。首先,通过不同温度和不同应变速率的通电单向拉伸实验和等温无电单向拉伸实验,获取了材料的应变硬化指数n和应变速率敏感指数m。然后,采用M-K理论,将Lorgan-Hosford屈服准则和Backoften硬化方程引入理论推导中,利用Newton-Raphson迭代法进行求解计算,求解得到5A90铝锂合金在电塑性影响下的成形极限图。最后,通过不同宽度试样的单向拉伸实验对成形极限图的左手侧曲线进行了实验,结果与预测相吻合。研究结果表明:相比普通热成形,电塑性效应对5A90铝锂合金成形极限的提高效果更加明显。