强磁场对2024铝合金组织性能的影响及其机制分析.pdfVIP

强磁场对2024铝合金组织性能的影响及其机制分析

2024铝合金是硬铝合金之一,具有强度高,密度小,耐热性好等特点,主要应

用于航空航天领域,但其塑韧性较差。为了更有效的提高铝合金的综合性能,本文

依据“磁致塑性理论”的研究,进行了脉冲强磁场静态处理和辅助拉伸处理2024

铝合金的研究,综合运用X射线衍射、透射电镜、电子背散射技术和中子衍射技

术对磁场处理2024铝合金的微观组织和性能进行了表征,研究了磁场对改善

2024铝合金塑性的效果。

本文所得的实验成果概括如下:(1)根据磁场静态处理结果可知:在所选的磁

参数B=1T,N=30时,试样取得了最优的力学性能,抗拉强度σ_b=427MPa,延伸率

δ=16.9%,平均残余应力σ_v=-1.87MPa,与空白样(σ_b=422MPa,δ=13.8%,σ

_v=-24.93MPa)相比,抗拉强度和延伸率分别提高了1.2%和22.5%,残余应力下降

了92.7%,且分布均匀;显微硬度分布也得到改善。从微观组织来看,B=1T时,磁场

促进了材料内部位错退钉扎,可移动性位错密度达到最大值,较未处理试样提高

了24.3%;平均晶粒尺寸较初始试样降低了40%,得到了最大程度的细化;磁场处

理过后,材料(111)和(220)晶面织构的弱化促进了晶面的滑移。

(2)根据磁场辅助拉伸处理结果可知:随着B的增加,材料的抗拉强度和延伸

率先升后降,且变化同步,在B=1T,N=30时取得了最优的力学性能,试样的抗拉强

度和延伸率分别达到了441MPa和16.8%,与空白样相比较,分别提高了4.5%和

21.7%,平均残余应力由空白拉伸样的σ_v=26.4MPa下降为6.5MPa,下降了75.2%;

显微硬度也随着残余应力的变化得到了改善。从组织变化来看,在B=1T时,位错

密度达到最大,较空白样提升了73%,随着B值的进一步增加,位错开始塞积缠结,

导致材料的性能恶化;在拉伸过程中,磁场促进了晶粒的细化,诱导了再结晶晶粒

的生成,同时弱化了(111)和(200)晶面织构,改善了晶粒取向。

(3)对比“强磁场静态处理”和“强磁场辅助拉伸处理”的实验结果,两者共

同点表现为:试样在所选磁参数B=1T,N=30时均获得了最优的力学性能;位错得

到最大化增殖且均匀分布;残余应力和显微硬度均得到了改善,该参数是磁致塑

性效应在2024铝合金中发挥作用的一个最优参数。两者差异性表现为:磁场静态

处理时,位错的增殖是由于磁致塑性效应引起。

由于无外力的作用,位错无足够的能量进行长程迁移,所以当磁感应强度较

大时,导致位错塞积区域范围不大;其次,磁场处理使得残余应力分布均匀化。而

在磁场辅助拉伸过程中,位错的增殖是强磁场和拉应力共同作用的结果。

由于拉应力为位错提供了额外的能量,位错密度要比静态处理时稍高,迁移

的距离也要稍长,所以位错塞积区域范围较广;但是拉应力的存在使得磁场对残

余应力的影响效果不均匀,应力分布的均匀化程度不如磁场静态处理。