电塑性效应下亚稳态奥氏体不锈钢冲压成形的机理研究

针对亚稳态奥氏体不锈钢的成形特性，将电塑性效应应用于其冲压成形。在已有相变模型的基础上考虑高密度脉冲电流作用，建立奥氏体-马氏体相变模型，通过脉冲电流参数来控制马氏体相变量，实现冲压过程中以及冲压产品塑性与强度的理想匹配。基于能量平衡原理，考虑焦耳热效应引起的温升对材料应变速率敏感性的影响以及马氏体相变，确立流动应力模型。通过电塑性效应下90 V型弯曲和十字形件主要变形区局部通电拉深试验以及零件抗腐蚀性能测试，分析电流参数和冲压工艺参数对零件成形质量以及抗腐蚀性能的影响规律。测量拉深过程中法兰处的摩擦系数，并考虑马氏体相变以建立摩擦模型。采用多种手段分析电塑性对残余应力和回弹量、摩擦条件、抗腐蚀性能等影响的微观机理。研究成果将形成电塑性下亚稳态奥氏体不锈钢冲压成形的基础理论，促进电塑性在冲压领域的广泛应用，实现成形过程的高效环保以及产品质量的显著提高。

研究了拉伸速率对SUS304不锈钢板力学性能和微观组织的影响规律。在应变速率0.0005-0.1s-1内，随着应变速率的增大，屈服强度连续增大，而抗拉强度和延伸率先减小后增大，这主要是由马氏体分数所决定的。在应变速率较高时，高的温升抑制了马氏体相变。由于马氏体分数影响着空洞的形核和长大，拉伸断口上的韧窝密度变化规律与抗拉强度和延伸率的类似。采用修正的Johnson-Cook模型，模拟十字件成形过程，验证了此模型的准确性。采用透射电镜观察原位拉伸过程中马氏体相变，发现ε马氏体板条优先从位错塞积区域诱发。随着变形量的增加，在没有热处理的条件下，部分ε板条消失，并可逆转化为γ奥氏体，这不同于以往ε马氏体完全转化为α’马氏体的报道。部分变形孪晶出现并沿着垂直于ε板条的方向长大，而且实时观察到多种相变机制同时存在。. 研究了脉冲电流对5A90铝锂合金板力学性能和微观结构的影响。当电流密度为14.72A/mm2，延伸率从室温24.1%提高到60.1%，屈服强度从145MPa降到58MPa。脉冲电流使拉伸断口出现大且深的韧窝。电塑性效应(EPE)主要是焦耳热效应和纯电塑性效应的综合作用，而焦耳热效应起主导作用，对流动应力降低和延伸率提高的贡献分别占63.8-88.5%和67.5-84.1%。脉冲电流有效降低折弯和拉延成形力，提高成形件的质量，并减少回弹。 研究了脉冲电流对SUS304不锈钢拉伸性能、微观组织以及弯曲性能的影响。延伸率随着电流密度的增大而减小。当电流密度为11.51A/mm2时，延伸率从室温58.7%下降到28.0%。通过风冷抑制焦耳热效应，在电流密度为2.95A/mm2并风冷时，延伸率为72.4%，比室温增加23.3%。基于拉伸过程中的能量关系，建立了EPE系数的求解公式。就给定应变而言，电流密度越大，EPE系数越大。焦耳热效应抑制马氏体相变，而纯电塑性效应促进相变，使相变诱发塑性(TRIP)效应增强，塑性提高。探究晶粒尺寸对电塑性效应的影响规律, 完成9.2、17.8和27.4μm三种晶粒TC4钛合金的室温和电塑性拉伸实验，脉冲电流对细晶的EPE高于对粗晶的作用。当有效电流密度为6.36、9.03和10.48 A/mm2时，和室温拉伸相比，位错密度分别降低19.37、26.25和62.07%。完成了通电V型弯曲实验，脉冲电流有效抑制弯曲过程中裂纹的出现。