輕合金板材脈沖電流輔助超塑成形工藝及機(jī)理研究.pdf

1、超塑成形是制造復(fù)雜薄壁輕合金結(jié)構(gòu)件的有效方法之一,已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。但由于低應(yīng)變速率和高溫的要求,常規(guī)的超塑成形工藝能耗高、效率低,導(dǎo)致成本較高。本文試圖對(duì)超塑成形的加熱方法進(jìn)行探索,實(shí)現(xiàn)脈沖電流快速加熱。還將利用脈沖電流的電致超塑性效應(yīng)提高輕合金板材的超塑成形性能。
　　關(guān)于電流對(duì)材料超塑性能的影響,已有相關(guān)的研究報(bào)道,但工作主要集中在電致超塑性理論方面,而實(shí)際的工程應(yīng)用還鮮有報(bào)道。為此,本文將脈沖電流引入到輕合金材料的超

2、塑成形工藝中,將脈沖電流的焦耳熱效應(yīng)與電致超塑性效應(yīng)結(jié)合,提出一種脈沖電流輔助超塑成形新方法,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的工藝裝備、制定了工藝流程、確定了工藝參數(shù)。工藝試驗(yàn)結(jié)果表明,該方法對(duì)AZ31鎂合金及TC4鈦合金等輕合金板材的超塑成形十分有效,成形試件質(zhì)量良好,工藝過(guò)程所需時(shí)間減少50％,能耗降低65%左右。
　　根據(jù)電熱學(xué)理論,詳細(xì)分析了輕合金板材脈沖電流加熱過(guò)程中的加熱速率、加熱溫度等與材料熱物理性能及電流參數(shù)間的關(guān)系,為合理地制訂加

3、熱規(guī)范奠定了理論基礎(chǔ)。利用有限元方法分析了平板及異形試件加熱時(shí)的溫度場(chǎng)分布,并通過(guò)在電極與試件之間放置TC4金屬片(具有低導(dǎo)熱系數(shù)、高電阻率的物理特性)的方法,提高了加熱坯料溫度場(chǎng)的均勻性。通過(guò)加熱試驗(yàn)對(duì)上述理論分析進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明,該加熱方法高效、節(jié)能、可靠。
　　為揭示脈沖電流作用下輕合金板材的超塑變形機(jī)理,利用光學(xué)顯微鏡(OM)、透射電子顯微鏡(TEM)等方法分析了不同原始顯微組織的AZ31鎂合金及TC4鈦合金板材在

4、脈沖電流輔助超塑成形工藝條件下變形時(shí)的微觀組織演變規(guī)律,包括晶粒長(zhǎng)大、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DRX)和晶界滑移(GBS)等,討論了脈沖電流對(duì)位錯(cuò)形貌及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)脈沖電流可在一定程度上抑制成形過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大、促進(jìn)再結(jié)晶形核,細(xì)化成形后的微觀組織。此外脈沖電流還可以促進(jìn)晶界滑移,提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能力。這些都有助于材料超塑變形能力的提高。
　　針對(duì)超塑成形中的空洞問(wèn)題,應(yīng)用電熱學(xué)及熱彈性理論分析了在脈沖電流作用下,V形空洞附近的溫度場(chǎng)及