【摘要】：2024鋁合金為常見的硬鋁之一,該合金在工業(yè)生產(chǎn)中使用量大,進一步改善其加工方法并提高力學(xué)性能有助于拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)本課題組前期在2024鋁合金中觀察到的電磁場改善材料塑性的現(xiàn)象,分析材料塑性變形能力提高歸因于微觀尺度上位錯運動能力增強,從量子尺度上分析是歸因于物理場處理后位錯和釘扎中心間自由基對中自由電子的行為受到了物理場參數(shù)的影響。本文借助電子拉伸、電子順磁共振波譜儀、X射線衍射和透射電鏡等方法,探索了單獨磁場、單獨電場以及電磁耦合場輔助拉伸條件下不同參數(shù)對2024鋁合金力學(xué)性能和微觀組織及機制的影響,意在研究電磁場對合金塑性變形過程的影響。具體研究成果如下:(1)單獨磁場輔助拉伸實驗是在不同磁感應(yīng)強度(B)和脈沖數(shù)(N)條件下拉伸2024鋁合金,結(jié)果顯示:磁場輔助拉伸合金的力學(xué)性能普遍得到了改善,在B=1T、N=30時綜合力學(xué)性能達到最佳,此時材料的抗拉強度為441MPa,延伸率為16.80%,較無電磁場拉伸的空白樣提高了4.5%和21.1%,未成對電子數(shù)是空白樣的4.54倍。從磁場作用機制看,因磁場能量滿足電子激發(fā)條件,促使未成對電子濃度增高,未成對電子來自位錯和合金相等位錯釘扎中心,含有這些未成對電子的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成自由基對,在磁場作用下自由基對發(fā)生從單線態(tài)S→激發(fā)態(tài)S*→三重態(tài)T的轉(zhuǎn)化,相應(yīng)的位錯和釘扎中心結(jié)合強度由強變?nèi)?有助于位錯退釘扎和塑性提高,宏觀上即表現(xiàn)為磁致塑性效應(yīng)。(2)單獨電場輔助拉伸實驗是在不同電流強度(I)條件下拉伸2024鋁合金,結(jié)果顯示:電場輔助拉伸合金的力學(xué)性能普遍得以改善,在I=0.8A時達到了最佳。此時材料的抗拉強度為438MPa,延伸率為15.88%,較空白樣增幅3.8%和14.5%,未成對的電子數(shù)是空白樣的7.06倍。從電場作用機制看,材料內(nèi)部由于電子風(fēng)的作用,加快了位錯的運動速度,打開了位錯之間的相互纏結(jié),克服了滑移系的障礙,從而提高了合金的塑性,宏觀上表現(xiàn)為電致塑性效應(yīng)。(3)對于電磁耦合場輔助拉伸實驗,是固定磁場優(yōu)化參數(shù)B=1T、N=30,在不同的電流強度(I)條件下拉伸2024鋁合金,結(jié)果顯示:電磁耦合場輔助拉伸合金的力學(xué)性能得到進一步提高,在B=1T、N=30、I=2.4A時達到最佳。此時材料的抗拉強度為442MPa,延伸率為16.95%,較空白樣增幅4.7%和22.2%,未成對的電子數(shù)是空白樣的3倍。經(jīng)電磁耦合場處理后材料內(nèi)部同時發(fā)生磁致塑性效應(yīng)和電致塑性效應(yīng),提高了材料的綜合力學(xué)性能。(4)三種物理場輔助拉伸試樣的力學(xué)性能都有不同程度的變化,電磁耦合場輔助拉伸試樣的力學(xué)性能改善效果最好,磁場次之,電場較弱。磁場和電場的極化作用激發(fā)了未成對的自由電子,基于電子風(fēng)和電子云理論認為高濃度自由電子有助于塑性提高。磁場的作用更在于促進了自由基對狀態(tài)的改變,有助于位錯退釘扎,在拉應(yīng)力作用下位錯克服障礙且運動能力增加,位錯增殖的同時可動位錯密度提高,且位錯團簇和纏結(jié)現(xiàn)象少,位錯分布均勻,有利于塑性提高;而電場電流僅是借助電子風(fēng)提高位錯運動能力,塑性提升效果弱于磁場作用。電磁場作用下,磁場和電場的極化作用都受到了抑制,但基于磁場和電場對位錯行為和特征的綜合作用優(yōu)勢,材料塑性和強度達到了最高。綜合以上認為:在2024鋁合金塑性變形輔以磁場、電場和電磁場后有助于改善材料力學(xué)性能,表現(xiàn)為小幅提高強度的同時大幅提高延伸率,即實現(xiàn)強韌性同步提高。電磁場作用在于提高了未成對電子數(shù),增加了可動位錯數(shù),促進了位錯分布均勻等。有理由認為本文所采用研究思路具有一定創(chuàng)新性,研究成果具有理論和應(yīng)用價值。
【圖文】：

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文第一章 緒論1.1 鋁合金及物理場改性研究1.1.1 關(guān)于 2024 鋁合金鋁合金根據(jù)不同的標準有不同的分類，按照其生產(chǎn)工藝和成分不同可分為鑄造鋁合金和加工鋁合金[1,2]，又各自分為兩類，分別是非熱處理鋁合金和熱處理鋁合金，如圖 1.1。

2024 鋁合金的應(yīng)用(a)飛機部件；(b)鍛造部件；(c)切削構(gòu)件；(d)車輛構(gòu)plication of 2024 aluminum alloy (a) aircraft components;(b) forged componcutting components;(d) vehicle components物理場改性研究進展料科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種物理場包括磁場、電場、微波場應(yīng)用到新材料的開發(fā)和設(shè)計領(lǐng)域，，推動了社會文明的進步。在過程中施加物理場后，可以通過改善材料的組織來影響其性能縮短化學(xué)反應(yīng)時間、細化材料晶粒組織、優(yōu)化相變過程、提高在諸多物理場中，電磁場因其高效能、高效率、低污染、低成，將電磁場用于鋁合金及其復(fù)合材料的改性研究已經(jīng)有了多年件下電磁場能改善鋁合金的組織和性能是公認的研究結(jié)論，但場對材料內(nèi)部的影響機制多年來一直是材料學(xué)者的重要任務(wù)，
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

【參考文獻】

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本文編號：2672690