淺談脈沖電流對(duì)金屬材料塑性變形和組織結(jié)構(gòu)與性能的影響

孫興飛（西安摩爾石油工程實(shí)驗(yàn)室有限公司,西安 710065）

淺談脈沖電流對(duì)金屬材料塑性變形和組織結(jié)構(gòu)與性能的影響

孫興飛
（西安摩爾石油工程實(shí)驗(yàn)室有限公司,西安 710065）

脈沖電流對(duì)金屬材料塑性變形以及組織結(jié)構(gòu)與性能有著重要的影響。一般而言，脈沖電流作用于金屬材料上，對(duì)于部分冷變形合金來說，可以促進(jìn)其再結(jié)結(jié)晶過程，對(duì)金屬材料的性能加以改善，延長(zhǎng)金屬材料的疲勞壽命。脈沖電流在改善金屬材料的性能、轉(zhuǎn)變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)以及金屬材料的加工等方面發(fā)揮著十分重要的作用，其具有十分廣闊的發(fā)展空間。本文就脈沖電流對(duì)金屬材料塑性變形和組織結(jié)構(gòu)與性能的影響進(jìn)行分析與探討。

脈沖電流；金屬材料塑性變形；組織結(jié)構(gòu)與性能

一般來說，在脈沖電流作用下，原子會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。脈沖電流會(huì)對(duì)金屬材料塑性變形以及組織結(jié)構(gòu)與性能產(chǎn)生一定的影響。就現(xiàn)階段而言，盡管脈沖電流對(duì)金屬材料的影響的相關(guān)研究理論還不完善，但是在一定程度上為金屬材料組織結(jié)構(gòu)與性能的改善提供了新的途徑，有利于促進(jìn)電塑性效應(yīng)以及電輔助加工工程的發(fā)展，為電力行業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而促進(jìn)電力行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 脈沖電流對(duì)金屬材料塑性變形的影響分析

研究人員在進(jìn)行表面涂汞鋅單晶拉伸實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)電子流進(jìn)行加速，并使其垂直于鋅晶體移滑系表面，在一定程度上會(huì)降低鋅晶體式樣的流變，并且會(huì)使得其極限伸長(zhǎng)量降低，導(dǎo)致鋅晶體脆化，甚至?xí)鼓承╀\晶體發(fā)生脆化斷裂。當(dāng)加速的電子流照射在晶體移滑系時(shí)，會(huì)降低鋅晶體式樣的流變應(yīng)力，并且會(huì)降低其應(yīng)變硬化率，會(huì)增加極限伸長(zhǎng)量，從而有效提高金屬材料的塑性。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明：電子流對(duì)鋅單晶的塑性變形具有促進(jìn)作用。另外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，電子流的運(yùn)動(dòng)方向和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相一致與否，都會(huì)使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度加快，且隨著電子流密度的增加，其幅度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，隨電子流密度的增加而增加。因此可以清楚知道，電子流與位錯(cuò)之間存在明顯的相互作用，彼此間有著十分密切的關(guān)系。一般認(rèn)為電塑性效應(yīng)的產(chǎn)生，主要是源于位錯(cuò)電子流，位錯(cuò)電子流將作用力施加給運(yùn)動(dòng)電子流，使運(yùn)動(dòng)電子流與位錯(cuò)彼此發(fā)生相互作用，從而促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，有效提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)穿過各種障礙的能力，從而使金屬材料的塑性變形能力大大提升。

2 脈沖電流對(duì)金屬材料組織結(jié)構(gòu)的影響分析

相關(guān)研究表明，脈沖電流會(huì)在一定程度上影響一系列冷加工金屬材料的退火組織結(jié)構(gòu)，如銅、鋁以及鎳等，并且對(duì)于銅金屬的再次結(jié)晶具有促進(jìn)作用。如下圖所示：

由上圖可以知道，銅金屬在進(jìn)行冷變形之后，其顯微硬度會(huì)受再結(jié)晶時(shí)間的影響，再結(jié)晶時(shí)間發(fā)生變化，則其也發(fā)生相應(yīng)的變化。金屬材料在進(jìn)行退火時(shí)，對(duì)其適當(dāng)施加脈沖電流，這樣可以使金屬材料的再結(jié)晶過程，促使金屬材料能在短時(shí)間內(nèi)迅速完成再結(jié)晶過程。這一研究可以有效表明：脈沖電流對(duì)于結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)能夠進(jìn)行有效抑制，并能促使結(jié)晶晶粒更為細(xì)化。另外，能有效增加Arrhenius公式的前指數(shù)因子的數(shù)值，不會(huì)對(duì)激活能產(chǎn)生任何影響。當(dāng)然在對(duì)銅金屬材料施加脈沖電流，能促使銅金屬材料的結(jié)構(gòu)更為銳化，使其退火結(jié)晶的形成延遲。由此表明，漂移電子流能在一定程度上影響其顯微組織的固態(tài)相變，也會(huì)影響其顯微組織的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還影響晶體中的缺陷。部分研究人員認(rèn)為，在電場(chǎng)退火的條件下，電場(chǎng)退火能對(duì)銅金屬再結(jié)晶以及其晶粒生長(zhǎng)進(jìn)行抑制，從而能在較短的時(shí)間內(nèi)形成和發(fā)展銅金屬再結(jié)晶的立方結(jié)構(gòu)，對(duì)其具有重要的作用。

3 脈沖電流對(duì)金屬材料性能的影響分析

相關(guān)研究人員研究對(duì)脈沖電流對(duì)金屬材料性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，脈沖電流不僅會(huì)大大降低金屬材料的流變應(yīng)力，還能有效提高金屬材料的使用壽命，延長(zhǎng)器疲勞壽命。在研究高密度脈沖電流對(duì)多晶銅以及a-Ti等金屬材料的疲勞性能產(chǎn)生的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于a-Ti金屬材料的低周疲勞而言，高密度脈沖電流對(duì)于其軟化過程中出現(xiàn)的硬化峰能夠進(jìn)行徹底地消除，并且能對(duì)a-Ti金屬材料疲勞初期的軟化速率進(jìn)行有效降低。一般而言，脈沖電流能大大降低多晶銅金的沿晶斷裂傾向，并能對(duì)高多晶銅的疲勞壽命進(jìn)行有效的延長(zhǎng)[4]。相關(guān)研究人員認(rèn)為，次滑系統(tǒng)中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)在一定程度上會(huì)受高密度脈沖電流的影響，并且高密度脈沖電流會(huì)對(duì)駐留滑移帶中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，從而有效提升滑移的均勻性。另外，脈沖電流對(duì)多晶銅金屬材料疲勞壽命的影響與其受施加應(yīng)力有著一定的關(guān)系，一般如果所施加的應(yīng)力不斷下降，則脈沖電流會(huì)相應(yīng)地增加對(duì)多晶銅金屬材料的疲勞壽命的影響。大量相關(guān)研究證明，在對(duì)多晶銅金屬材料進(jìn)行脈沖電流處理時(shí)，能夠?qū)︸v留滑移帶的平均寬度以及平均間距加以有效減少，且對(duì)整體界面處以及駐留滑移帶的應(yīng)力集中進(jìn)行有效減少，從而促使多晶銅金屬材料的疲勞壽命得以延長(zhǎng)。總體而言，脈沖電流能對(duì)金屬材料的疲勞裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展進(jìn)行有效阻止，有效延長(zhǎng)金屬材料的疲勞壽命。

4 結(jié)束語

脈沖電流能在一定程度上影響金屬材料的塑性變形，并且對(duì)金屬材料的性能以及組織結(jié)構(gòu)具有一定的影響。一般而言，充分利用電塑性效應(yīng)，可以有效提高位錯(cuò)穿越各種障礙的能力，從而促使金屬材料的塑性變形能力得以有效提升。另外，對(duì)銅、鋁以及鎳等金屬材料施加脈沖電流，能有效促進(jìn)這些金屬材料的再次結(jié)晶。利用脈沖電流，對(duì)多晶銅以及a-Ti等金屬材料的疲勞損傷加以處理之后，能有效改善疲勞損傷的金屬材料的位錯(cuò)組態(tài)，從而促使金屬材料的疲勞壽命得以延長(zhǎng)。就現(xiàn)階段而言，脈沖電流在改善金屬材料的性能、轉(zhuǎn)變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)以及金屬材料的加工等方面發(fā)揮著十分重要的作用，其具有十分廣闊的發(fā)展空間。

[1]馬紅超.脈沖電流對(duì)金屬材料塑性變形和組織結(jié)構(gòu)與性能的影響分析[J].河南科技,2014(23):51.

孫興飛(1987-)，男，陜西乾縣人，本科。