07. Столяров В. В. Критические параметры атермического электропластического эффекта в металлических материалах

Печать

УДК 621.7:621.3.089

DOI: 10.15507/2658-4123.034.202403.461-473

Критические параметры атермического электропластического эффекта в металлических материалах

Столяров Владимир Владимирович
доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Института машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук (101000, Российская Федерация, г. Москва, Малый Харитоньевский переулок, д. 4), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8461-3888, Researcher ID: KAM-7131-2024, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Пластическая деформация и электрический ток, действующие раздельно, обычно оказывают противоположное влияние на деформационное поведение и напряжения течения в электропроводящих материалах. В случае совместного действия пластической деформации и приложенного электрического тока результат не является заранее предсказуемым. Исследование синергетического эффекта деформации и электрического тока может быть использовано для обработки металлов давлением.
Цель исследования. Демонстрация наличия пороговых параметров импульсного тока, при которых проявляется атермический электропластический эффект в различных материалах.
Материалы и методы. Выполнены испытания на растяжение при различных режимах тока, которые исключают повышенный вклад теплового эффекта в снижение напряжений течения – плотности и скважности. Изучены фрактографические особенности поверхности разрушения методом растровой сканирующей микроскопии. Определены пороговые значения параметров тока, при которых возникают скачки напряжения, связанные с электропластическим эффектом.
Результаты исследования. Показано влияние плотности и скважности импульсного тока на проявление электропластического эффекта. Оба параметра имеют пороговые значения, выше которых электропластический эффект становится наблюдаемым (при плотности j > jкр ) или атермическим (при скважности Q > Qкр ). Все виды растяжения сопровождаются вязким характером разрушения и появлением пор, наиболее интенсивно образующихся при введении тока.
Обсуждение и заключение. В сплавах с низким электросопротивлением пороговая плотность импульсного тока, соответствующая возникновению электропластического эффекта, выше, чем в сплавах с высоким электросопротивлением. Повышение скважности импульсного тока снижает температуру деформируемого образца, что позволяет рассматривать электропластический эффект как атермический.

Ключевые слова: растяжение, импульсный ток, плотность тока, скважность, поверхность разрушения

Конфликт интересов: автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Столяров В. В. Критические параметры атермического электропластического эффекта в металлических материалах // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 3. С. 461–473. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202403.461-473

Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 25.03.2024; поступила после рецензирования 27.05.2024;
принята к публикации 03.06.2024

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Goldman P. D., Motowidlo L. R., Galligan J. M. The Absence of an Electroplastic Effect in Lead at 4.2K // Scripta Metallurgica. 1981. Vol. 15, Issue 4. P. 353–356. https://doi.org/10.1016/0036-9748(81)90208-8

2. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. An Evaluation of the Contributions of Skin, Pinch and Heating Effects to the Electroplastic Effect in Titanium // Materials Science and Engineering. 1980. Vol. 45, Issue 2. P. 109–116. https://doi.org/10.1016/0025-5416(80)90216-5

3. Троицкий О. А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в «Журнал экспериментальной и теоретической физики». 1969. Т. 10. С.18–22. URL: https://jetpletters.ru/ps/852/article_13061.pdf (дата обращения: 10.03.2024).

4. Electroplasticity Effects: from Mechanism to Application / J. Liu [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024. Vol. 131. P. 3267–3286. https://doi.org/10.1007/s00170-023-12072-y

5. Effect of Electrical Pulsing on Various Heat Treatments of 5XXX Series Aluminum Alloys / W. A. Salandro [et al.] // International Manufacturing Science and Engineering Conference. 2008. Vol. 1. P. 283–292. https://doi.org/10.1115/MSEC_ICMP2008-72512

6. Research Progress of Magnetic Field Regulated Mechanical Property of Solid Metal Materials / Y. Hu [et al.] // Metals. 2022. Vol. 12, Issue 11. Article no. 1988. https://doi.org/10.3390/met12111988

7. The Effect of Short Duration Electric Current on the Quasi-Static Tensile Behavior of Magnesium AZ31 Alloy / T. T. Nguyen [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering. 2016. Article no. 9560413. https://doi.org/10.1155/2016/9560413

8. Dobras D., Zimniak Z., Zwierzchowski M. The Effect of Pulsed Electric Current on the Structural and Mechanical Behavior of 6016 Aluminium Alloy in Different States of Hardening // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2023. Vol. 23. Article no. 166. https://doi.org/10.1007/s43452-023-00700-z

9. The Effect of Direct Electric Current on the Plastic Behavior of AA7075 Aluminum Alloy in Different States of Hardening / D. Dobras [et al.] // Materials. 2021. Vol. 14, Issue 1. Article no. 73.

10. Троицкий О. А. Электропластический эффект в металлах // Annali D’Italia. 2021. № 26. С. 60–73. EDN: PWRSOB

11. Elucidating the Origin of Electroplasticity in Metallic Materials / M.-J. Kim [et al.] // Applied Materials Today. 2020. Vol. 21. Article no. 100874. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100874

12. Lahiri A., Shanthraj P., Roters F. Understanding the Mechanisms of Electroplasticity from a Crystal Plasticity Perspective // Modeling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 27. Article no. 085006. https://doi.org/10.1088/1361-651X/ab43fc

13. Excellent Ductility in the Extruded AZ61 Magnesium Alloy Tube Induced by Electropulsing Treatment during Tension / B. Jiang [et al.] // Metals. 2021. Vol. 11, Issue 5. Article no. 813. https://doi.org/10.3390/met11050813

14. Wu C., Zhou Y. J., Liu B. Experimental and Simulated Investigation of the Deformation Behavior and Microstructural Evolution of Ti6554 Titanium Alloy During an Electropulsing-Assisted Microtension Process // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 838. Article no. 142745. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142745

15. Stolyarov V. V., Misochenko A. A Pulsed Current Application to the Deformation Processing of Materials // Materials. 2023. Vol. 16, Issue 18. Article no. 6270. https://doi.org/10.3390/ma16186270

16. Understanding the Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of Titanium Alloy During Electrically Assisted Plastic Deformation Process / F. Yin [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2023. Vol. 869. Article no. 144815. https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.144815

17. Annealing Behavior of Severely-Deformed Titanium Grade 4 / G. S. Dyakonov [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 742. P. 89–101. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.10.122

18. Strength and Torsion Fracture Mechanism of Commercially Pure Titanium with Ultrafine-Grained Structure / G. V. Klevtsov [et al.] // Letters on Materials. 2021. Vol. 3. P. 273–278 https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-3-273-278

19. Effect of Pulsed Current Duty Factor on Deformation Behavior of Aluminum Bronze / M. A. Pakhomov [et al.] // Metal Science and Heat Treatment. 2023. Vol. 65. P. 292–297. https://doi.org/10.1007/s11041-023-00928-9

20. Stolyarov V. V. Role of the Pulse Current Duty Cycle during Titanium Tension // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2023. Vol. 52, No. 4. P. 313–319. URL: <https://link.springer.com/content/pdf/10.3103/S1052618823040167/a> (дата обращения: 10.03.2024).

21. Pakhomov M. A., Stolyarov V. V. Specific Features of Electroplastic Effect in Mono- and Polycrystalline Aluminum // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 63. P. 236–242. https://doi.org/10.1007/s11041-021-00677-7

22. Conrad H. Electroplasticity in Metals and Ceramics // Materials Science and Engineering: A. 2000. Vol. 287, Issue 2. P. 276–287. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)00786-3

23. Корольков О. Е., Пахомов М. А., Столяров В. В. Электропластический эффект в титановых сплавах при их растяжении // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88, № 10. С. 73–82. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-10-73-82

24. Modeling of Thermal and Mechanical Behavior of a Magnesium Alloy AZ31 during Electrically-Assisted Micro-Tension / X. Wang [et al.] // International Journal of Plasticity. 2016. Vol. 85. P. 230–257. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2016.07.008

25. Importance of Machine Compliance to Quantify Electro-Plastic Effect in Electric Pulse Aided Testing: An Experimental and Numerical Study / A. Subrahmanyam [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. 2022. Vol. 75. P. 268–279. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.027

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.