电脉冲作用下镁合金动态再结晶的机理研究

论文摘要

本文通过研究电脉冲拉伸实验中AZ31镁合金的力学性能、断口的演化过程、显微组织，提出了电脉冲对镁合金动态再结晶的作用机理，并通过电脉冲冲压实验所得结果对这一机理进行了验证。首先，在电脉冲拉伸实验中，AZ31镁合金的断裂伸长率得到大幅度提高，断裂方式发生明显转变。显微组织结果显示塑性的提高源于镁合金在电脉冲作用下获得的细小再结晶晶粒。其次，本文在以上实验结果的基础上进行了电脉冲作用下镁合金动态再结晶的理论分析。为了确定电脉冲拉伸实验中动态再结晶发生的实际温度，本文研究了适用于电脉冲拉伸实验的温度计算方法。计算结果显示电脉冲作用下再结晶开始温度和完成温度都较传统理论有很大幅度的降低，说明电脉冲对AZ31镁合金的动态再结晶具有明显的促进的作用。本文认为电脉冲对镁合金的促进作用源于电脉冲的恢复效应中所包含的热效应与电迁移效应的耦合作用。在空位扩散流理论的基础上，重点对热效应进行了数值分析并提供了计算方法。该方法指出电脉冲所特有的热效应有别于传统热加工。结合电迁移效应，分析了热效应与电迁移效应的内部关系。此外，本文提出了电脉冲的累积效应。在利用电子风力理论进行理论计算的同时，还建立了恢复效应与累积效应之间的相互关系，从而将电致塑性两大研究重点电子风力理论与显微组织改善结合起来。本文认为电脉冲作用下镁合金动态再结晶过程可以视为恢复效应与累积效应之间关系的演变过程，其演变过程分别对应动态再结晶过程的三个典型阶段：再结晶储能、动态再结晶、晶粒长大。最后，在电脉冲冲压实验中，AZ31镁合金的冲压效果较传统热加工不具备明显优势，显微组织结果显示即使在较高的温度下动态再结晶亦不显著。利用所得机理结论从恢复效应与累积效应的相互关系进行解释，并一定程度上验证了所得机理的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 电致塑性的起源
• 1.2 早期电致塑性的研究重点—电子风力理论
• 1.2.1 电子风力
• 1.2.2 其他副作用
• 1.2.3 早期实验现象
• 1.2.4 当今电子风力理论的发展
• 1.3 当今电致塑性的研究重点—改善显微组织
• 1.3.1 早期电致塑性研究的局限性
• 1.3.2 当今电致塑性研究的实验重点
• 1.3.3 当今电致塑性研究的理论重点
• 1.4 电子风力与改善显微组织之间的关系
• 1.5 选题意义及研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 实验方案与实验内容
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 电脉冲拉伸实验
• 2.2.2 电脉冲冲压实验
• 2.3 实验表征
• 2.3.1 变形曲线
• 2.3.2 显微组织
• 2.3.3 断口分析
• 第3章 AZ31 镁合金电脉冲拉伸实验
• 3.1 AZ31 镁合金室温拉伸实验
• 3.1.1 拉伸曲线
• 3.1.2 显微组织
• 3.2 AZ31 镁合金电脉冲拉伸实验
• 3.2.1 拉伸曲线
• 3.2.2 断裂分析
• 3.2.3 显微组织
• 3.3 结论
• 第4章 电脉冲作用下 AZ31 镁合金动态再结晶机理
• 4.1 电脉冲拉伸过程中试样的温度分析
• 4.1.1 基本温度方程
• 4.1.2 实验条件下温度方程修正
• 4.2 电脉冲的恢复效应
• 4.2.1 热效应
• 4.2.2 电迁移效应
• 4.2.3 热效应与电迁移效应
• 4.2.4 电脉冲加工与传统热加工对比
• 4.3 电脉冲的累积效应
• 4.4 恢复效应与累积效应
• 4.5 电脉冲作用下镁合金动态再结晶发生过程
• 4.6 结论
• 第5章 AZ31 镁合金电脉冲冲压实验
• 5.1 电脉冲冲压实验
• 5.1.1 冲压曲线
• 5.1.2 宏观照片
• 5.1.3 冲压性能与温度的关系
• 5.1.4 显微组织
• 5.2 电脉冲冲压机理分析
• 5.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果