金属材料电脉冲处理工艺的实验研究

论文摘要

材料的脉冲电流处理技术是一门错综复杂的交叉学科,并受到现有的实验条件、研究方法和研究者思维模式的局限。虽然近几年有些学者对脉冲电流在金属材料凝固过程的影响做了深入的探讨和研究。但在对固态金属及合金组织与性能的影响方面研究却很少。而且现今的材料电脉冲处理技术尚无工业应用,其主要原因是脉冲对金属材料处理时影响的作用机理还不是很清楚。如其对合金组织的细化机制、固态纯金属晶粒取向、成分及杂质的分布情况的影响方面,以及脉冲处理对固态金属力学性能的影响程度如何等等相关问题还有待于解决。另外,国内外学者为了提高高比重钨合金强韧性,研究者在合金化、变形强化、绝热剪切、数值模拟及其制备工艺等方面做了大量的工作。但仍没有一个很好的强化技术使其能很好地满足杆式穿甲弹弹芯材料(钨合金)的力学性能要求。目前的金属热处理主要是通过热效应作为实现手段的,因此其退火方式存在着效率低、能耗大、污染环境以及试样表层氧化严重等问题。为克服传统退火工艺的这些缺点,本课题将深入探讨这种新型“退火工艺”即电脉冲处理技术。并试图在研究固态纯铜及铁碳合金的基础上,深入地研究高密度电脉冲处理高比重合金技术来代替传统热效应退火的新方法。本文改进了自制的电流、频率、脉宽和作用时间可调控的脉冲电源设备。并设计和提出了固态金属材料的脉冲处理实验方案。对纯铜、铁碳合金和钨合金经行了不同实验参数的脉冲电流处理研究和理论分析。实验表明,在电流为401A,频率为100Hz,脉冲电流处理时间5min时,纯铜试样出现再结晶现象,温度范围在200~500℃之间。对于铁碳合金试样,高频脉冲电流处理在330~520℃就以发生再结晶,可见其明显降低于再结晶的起始温度,并提高了再结晶形核率,而且处理后的抗拉强度显著下降。对于钨合金材料来说,脉冲处理对其塑性提高有一定的促进作用,随作用时间的不同而变化,并且频率增加时抗拉强度有所增加。其频率、电流大小和作用时间同时影响着组织成分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 电脉冲对固态金属组织影响的研究现状
• 1.2.2 电脉冲对液态金属凝固组织研究现状
• 1.2.3 电脉冲对固态金属组织电致塑性机理的探讨
• 1.3 课题研究的意义及内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的内容
• 第2章 实验方案及研究方法
• 2.1 实验材料及研究方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 研究方法流程
• 2.2 所需实验设备
• 2.2.1 机械加工设备
• 2.2.2 电脉冲处理系统及检测装置
• 2.2.3 万能拉伸机设备、相显微镜和扫描电镜
• 2.3 电脉冲处理实验过程
• 2.3.1 试样的制备和设备调试
• 2.3.2 纯铜和铁碳合金的电脉冲处理实验过程
• 2.3.3 高比重合金（93w）实验过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 电脉冲对固态金属组织的影响
• 3.1 脉冲电流对纯铜显微组织的影响
• 3.1.1 试验工艺参数及相关数据
• 3.1.2 脉冲电流对纯铜晶粒大小及生长方向的影响
• 3.2 脉冲电流对铁碳合金组织的影响
• 3.2.1 脉冲电流各工艺参数对铁碳合金组织的影响
• 3.3 电脉冲处理对铁碳合金性能影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 脉冲电流对W 合金性能及组织影响
• 4.1 电脉冲处理对W 合金性能的影响
• 4.1.1 试验参数及实验方法
• 4.1.2 实验结果分析
• 4.2 电脉冲处理对W 合金组织的影响
• 4.2.1 电脉冲对合金组织均匀性的影响
• 4.2.2 电脉冲对W 合金的断裂模式的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢