高能电脉冲在Q235低碳钢加工中的应用研究

摘要

高能电脉冲处理作为一种新型的材料加工技术,越来越受到人们的关注。与传统热处理工艺相比,高能电脉冲能明显改善金属材料的机械性能(抗拉强度、延伸率、硬度),大幅度提高能源利用效率、缩短生产周期,具有优异的加工稳定性。
　　本文采用清华大学新材料研究所自行研制的高能电脉冲处理设备,对冷轧态的 Q235低碳钢板进行在线软化退火,通过不同电参数(脉冲频率、脉冲电压)和处理时间的选择,研究高能电脉冲处理对加工硬化的 Q235低碳钢再结晶温度及其材料组织和机械性能的影响规律,并与传统电阻炉退火处理工艺进行比较分析。研究结果显示:采用最佳的高能电脉冲处理参数对冷轧态的 Q235低碳钢进行在线处理时,发生完全再结晶的温度要比传统电阻炉退火的再结晶温度低150℃左右。在180V/500Hz的电参数下高能电脉冲处理冷轧态的Q235低碳钢21s时,可以实现完全再结晶(此时测得该钢板的表面温度为401℃);而同样状态冷轧钢样在550℃的电阻炉中保温2 h后才能实现完全再结晶。利用高能电脉冲在线处理冷变形后的Q235低碳钢板材,能获得优异的综合机械性能。显微组织分析表明:在最佳电参数处理下,(180V/500Hz高能电脉冲处理21s),Q235板材组织中会出现大量的细小均匀的等轴晶晶粒,实现了完全再结晶,在这种晶粒组织下的材料抗拉强度达到371 MP a、延伸率为47.6％、硬度达188HV;而经过550℃的传统电阻炉退火保温2h后,也形成了完全再结晶组织,但其晶粒尺寸要比高能电脉冲处理下的再结晶粗大,其抗拉强度为381M Pa、延伸率为40.8%、硬度为185HV。可见,电脉冲处理后材料的延伸率提高17.5%,而抗拉强度仅降低2.7%。所以电脉冲处理后材料的综合力学性能要优于传统电阻炉退火得到的材料性能,并且高能电脉冲处理的时间要比传统热处理的时间缩短两个数量级,生产效率得到大幅度提高。总结高能电脉冲在线处理工艺的作用机制和原理为:高能电脉冲处理时产生热效应和电迁移效应(非热效应)的耦合作用,使再结晶驱动力提高,同时脉冲电流激发大量点缺陷的运动,加快位错攀移速度,缩短再结晶形核的孕育期,加速再结晶形核,抑制晶粒长大,使高能电脉冲处理冷轧态的Q235低碳钢时,可以在较低的温度下和较短的时间内获得细小又均匀的完全再结晶组织和优异的综合力学性能。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 实验方案及其实验内容

2.1 实验方案

2.2 实验材料

2.3 实验设备

2.4 实验内容

第3章 高能电脉冲处理对Q235再结晶温度的影响

3.1 脉冲频率的影响

3.2 脉冲电压的影响

3.3 处理时间的影响

3.4 与传统热处理的再结晶温度比较

3.5 高能电脉冲处理对再结晶温度影响的热力学分析

3.6 高能电脉冲对再结晶温度影响的动力学分析

3.7 本章小结

第4章 高能电脉冲处理对Q235组织及性能的影响

4.1 高能电脉冲处理对Q2 35机械性能的影响

4.2 高能电脉冲处理对Q2 35组织的影响

4.3 机理解释

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢