一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法技术

本发明专利技术公开一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，通过设计涵盖大电流与小电流、异步与同步加载、电流加热与传统热传导/热辐射加热的一套对比实验方法，利用了各个实验自身优点，避免了单一实验不能有效地剥离热效应的影响，最终证实非热效应的存在，实现热效应与非热效应的解耦分离，并探明电致塑性主要作用对象为位错，非热效应主要体现在电流改变了位错间的相互作用状态，降低了位错运动的晶格阻力，促进了滑移，同时得到热效应与非热效应受温度影响的规律。

【技术实现步骤摘要】
一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法
本专利技术涉及塑性加工
，特别是涉及一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法。
技术介绍
在塑性加工过程加载电流时金属材料往往出现变形抗力降低，塑性提高的现象，称之为电致塑性效应。电流辅助成形是将电致塑性效应同传统塑性加工工艺相结合的一种先进成形技术。针对航空、航天等领域对轻质高强材料和轻量高效结构成形一体化制造、高效率和数字化加工的要求，电流辅助成形已展现出其在提高金属材料，特别是轻质、难变形材料成形性能方面的优势。在电流辅助成形的应用和研究过程中，电致塑性效应为基础，起着至关重要作用。研究清楚电致塑性效应机理才能充分地利用其对微观组织调控、提高金属材料成形性的特点，从而为开发电流辅助成形技术及推进其在塑性加工领域的应用提供理论支持。然而，由于金属材料在电流辅助加载下涉及电磁场、温度场、变形场和外力场共同耦合作用，且电场和温度场分布、材料变形状态及微观组织不均匀性等可控参数具有复杂性，使电致塑性效应机理的研究及其应用极具挑战。目前，电致塑性效应的产生机理尚有争议，已提出的理论按有无温度(热能)的贡献可分为两类：热效应和非热效应。热效应主要来源于焦耳热效应，非热效应则主要包含电子风效应、磁效应等。目前，电致塑性效应机理研究尚存在两方面的问题：一是焦耳热效应导致的材料软化是否为电致塑性效应产生原因；二是电子风效应和磁效应缺乏可靠精确的实验验证分析，使非热效应是否存在尚存在争议。因此研究电致塑性效应机理主要围绕在如何有效地分离电致塑性热效应与非热效应，进而确认是否存在非热效应。对此国内外学者开展了大量的研究工作，采用了不同的实验设计，总体来说主要思路是通过在加载电流时强制风冷或充入液氮使材料保持特定温度(如室温、低温等)以排除焦耳热对材料的影响。然而由于焦耳热是电子与晶体点阵作用导致的发热现象，这种对流降温并不能抑制材料内部焦耳热的产生，并未从本质上消除焦耳热；此外金属材料中缺陷、组织形态的差异，造成微观尺度下温度场不均匀，宏观测量的温度很难精确表征材料实际温度，因此使研究结果并不能排除热效应的影响。基于以上分析，电致塑性热效应与非热效应相互交织，并不能简单地以物理方式直接剥离；同时以往相对单一的实验设计或多或少存在一些缺陷，并不能全面有效地排除焦耳热效应和其他因素的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，能够实现对热效应与非热效应有效的解耦分离。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，包括：对预变形金属材料试样进行大电流异步加载实验，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况；对预变形金属材料试样进行传统炉加热方式下的退火热处理实验，获取退火热处理实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况；根据所述大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况和所述退火热处理实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况，得到热效应的信息；对金属材料试样进行小电流同步加载实验，获取小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的影响；对金属材料试样进行等温热拉伸实验，获取等温热拉伸实验下的应力应变和硬化指数随温度的变化曲线；根据所述小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的变化和所述等温热拉伸实验下的应力应变和硬化指数随温度的变化曲线，得到非热效应的信息。可选的，所述对预变形金属材料试样进行大电流异步加载实验，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况，具体包括：对金属材料试样加载一定的预应变量，再进行大电流异步加载实验，实验过程中大电流密度为30A/mm2～60A/mm2，加载次数为1～3次，每次持续10s，每次间隔30s，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况。可选的，所述方法还包括：对预变形金属材料试样进行大电流异步加载实验和对金属材料试样进行传统炉加热方式下的退火热处理实验后，将实验后的金属材料空冷至室温，对冷却至室温的金属材料进行单轴拉伸直至断裂。可选的，所述方法还包括：对金属材料试样进行小电流同步加载实验和对金属材料试样进行等温热拉伸实验时直接拉伸至断裂。可选的，所述所有单轴拉伸的应变速率为10-3s-1。可选的，所述大电流异步加载实验和退火热处理实验的目标温度范围为500℃～850℃，所述小电流同步加载实验和等温热拉伸实验的目标温度范围为18℃～95℃。可选的，所述对金属材料试样进行小电流同步加载实验，获取小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的影响，具体包括：对金属材料试样进行小电流同步加载实验，实验过程中小电流密度为6A/mm2～10A/mm2，加载时间小于或等于单轴拉伸时间，获取小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的影响。可选的，所述小电流同步加载实验的电流加载阶段采用弹性阶段或塑性阶段。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，通过设置多层次的对比：大电流与小电流、异步与同步加载、电流加热与传统热传导/热辐射加热的对比，这样一套综合实验测试方法，利用了各个实验自身优点，避免了单一实验不能有效地剥离热效应的影响，最终证实非热效应的存在，实现热效应与非热效应的解耦分离，并探明电致塑性作用对象为位错，大电流异步加载时产生的局部焦耳热起到类似退火的作用，而非热效应主要体现在电流改变了位错间的相互作用状态，降低了位错运动的晶格阻力，促进了滑移，同时得到热效应与非热效应受温度影响的规律。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法流程图；图2为本专利技术所采用试样形状尺寸示意图；图3为本专利技术TC4钛合金原始试样应力应变曲线及加工硬化率曲线；图4为本专利技术大电流异步加载时位错演变图；图5为本专利技术大电流异步加载后应力应变及加工硬化率曲线；图6为本专利技术退火热处理后应力应变及加工硬化率曲线；图7为本专利技术小电流同步加载示意图；图8为本专利技术小电流在弹性阶段或塑性阶段同步加载下应力应变和加工硬化率曲线；图9为本专利技术小电流在不同塑性阶段同步加载下应力应变和加工硬化率曲线；图10为本专利技术小电流同步加载与等温热拉伸应力应变曲线及硬化指数随温度的变化；图11为本专利技术热效应和非热效应随电流密度的变化。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，能够实现对热效应与非热效应有效的解耦分离。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法流程图。如图1所示，一种电致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，其特征在于，包括：对预变形金属材料试样进行大电流异步加载实验，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况；对预变形金属材料试样进行传统炉加热方式下的退火热处理实验，获取退火热处理实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况；根据所述大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况和所述退火热处理实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况，得到热效应的信息；对金属材料试样进行小电流同步加载实验，获取小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的影响；对金属材料试样进行等温热拉伸实验，获取等温热拉伸实验下的应力应变和硬化指数随温度的变化曲线；根据所述小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的变化和所述等温热拉伸实验下的应力应变和硬化指数随温度的变化曲线，得到非热效应的信息。

【技术特征摘要】
1.一种电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，其特征在于，包括：对预变形金属材料试样进行大电流异步加载实验，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况；对预变形金属材料试样进行传统炉加热方式下的退火热处理实验，获取退火热处理实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况；根据所述大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况和所述退火热处理实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况，得到热效应的信息；对金属材料试样进行小电流同步加载实验，获取小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的影响；对金属材料试样进行等温热拉伸实验，获取等温热拉伸实验下的应力应变和硬化指数随温度的变化曲线；根据所述小电流同步加载实验下的应力应变和加工硬化率的变化和所述等温热拉伸实验下的应力应变和硬化指数随温度的变化曲线，得到非热效应的信息。2.根据权利要求1所述的电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，其特征在于，所述对预变形金属材料试样进行大电流异步加载实验，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况，具体包括：对金属材料试样加载一定的预应变量，再进行大电流异步加载实验，实验过程中大电流密度为30A/mm2～60A/mm2，加载次数为1～3次，单次持续10s，每次间隔30s，获取大电流异步加载实验下的加工硬化率变化和延伸率恢复情况。3.根据权利要求1所述的电致塑性热效应与非热效应解耦分离方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，王雨菲，丁俊豪，边天军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61