脉冲电流综述-PPT

1、综述外场在材料加工中的应用；1. 外场；在材料加工中引入外场以改善材料的微观组织，从而改变材料性能在材料加工中引入的外场中，主要有；电流、磁场、重力（微重力和超重力）、超声波等，1重力2超声波在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴品，金属的宏观及微观偏析均得到改善。国外关于超声波对金属凝固组织影响的研究已有应用于生产的报道15，但是国内这一领域的研究很少。高能超声处理合金熔体时，起主要作用的是声空化作用和声流作用。当台金熔体导入超声波以后，将产生声空化现象。在声空化泡形成长大过程中，其尺寸迅速增大，导致内部的液体蒸发。空化泡的增大和内部液体的蒸发会从周围吸收热量。这

2、烤导致空化泡表面的金属液温度降低，造成局部过冷，因此在空化泡的附近形成晶核，使晶核的形核率增加。在空化泡崩溃过程中产生的强烈冲击波又会击碎正在长大的晶体，使之成为新的晶体质点。在声流的搅拌作用下，又使其弥散地分布于熔池熔体中。因此超声处理可显著细化金属凝固组织。图1表明，超声波可显著细化sn-sb合金凝固组织，并使具有立方体结构的小平面相B相呈球化趋势，彻底消除比重偏析口。图8表明，超声波可显著细化镁合金凝固组织。图9表明，超声波可使铸铁石墨组织变为粒状，这无疑将极大提高铸铁的力学性能。为将超声波应用于钢的连铸生产中，见图2。研究表明，该方法可阻有效细化不锈钢凝固组织。图5为翟启杰等研究结果，

3、表明超声波可细化T10钢凝固组织。在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴晶，金属的宏观及微观偏析均得到改善。3磁场在材料加工磁场，与其它外场比较，有一个最大特点，即其非接触性，由于各相磁化率及介电常数不同，相变中施加磁场，会影响各相稳定性，从而改变不同相的形貌，材料在磁场中的引入，最先从普通磁场开始，并已进行了广泛的研究，目前，侧重于都材料在强磁场作用下的研究，外加磁场包括稳恒、交变和脉冲磁场。用于细化金属凝固组织的方法主要包括外加交变磁场和脉冲磁场。外加交变磁场即电磁搅拌，大量实践证明，电磁搅拌能细化金属凝固组织闭，磁场对金属凝固的影响将金属熔体置于强磁场下，将改

4、变体系的能量状态，从而改变其溶质传输和结晶过程。如果磁场是脉冲形式的，则会对熔体造成强烈的能量扰动，一方面金属熔体固液两相平衡温度会在熔点附近波动，另一方面脉冲磁场使熔体内产生脉冲涡流。涡流和磁场之间相互作用即产生洛仑兹力和磁压强，使金属熔体产生强烈振动。此外，脉冲磁场在熔体内造成了强迫对流。这些效应一方面增加了金属液凝固过程中的晶核，另一方面使凝固过程中树枝晶或难以长大，或被折断、击碎，成为新的晶核。脉冲磁场强度愈大。细化效果愈显著。图14、15、16为翟启杰等关于脉冲磁场对铝凝固组织影响的研究结果，可见脉冲磁场使铝的凝固组织由柱状晶变为100细等轴晶。图15为脉冲磁场对灰铸铁石墨组织的影响

5、，可见脉冲磁场可以显著细化灰铸铁石墨组织。图16为脉冲磁场对不锈钢凝固组织的影响，该图表明脉冲磁场使不锈钢一次枝晶变短。磁场对固态金属的影响；固态相变马氏体转变铁素体、珠光体、贝氏体转变金属再结晶固态金属的晶粒细化、固态金属的热处理电流在材料加工中的应用；电流；外加电流包括直流、交流和脉冲电流。其中，外加脉冲电流因操作简便、能量利用率高、细化效果显著等特点逐渐成为国内外研究的热点直流电交流电电流对金属凝固的影响电流处理细化纯铝凝固组织的研究-崔衡，苍大强，宗燕兵，李玲珍，陈琳-(北京科技大学冶金与生态工程学院，在铝液中插入预热的石墨电极。在坩埚内进行直流电处理或电脉冲处理(作为对比不进行电流处

6、理的试样也按相同方式插入电极)；之后，将坩埚中处理过的铝液浇注到预热过的铜模。分析各试样纵截面的宏观组织变化。 20世纪80年代，AKMism在PbSbSn三元合金的凝固过程中使用了电流技术，通过施加电流密度3040mAcm2、电压约30V的直流电流，得到了均匀细小的凝固组织。共晶片间距减小到原来的14，共晶团数量增加，这说明电流对形核和生长两个阶段都有作用。同样，把直流电流换成交流电流也可得到相同的结果(如图2)。Misra认为电流影响了界面的稳定性，按照渗流理论的观点，电流会沿着具有最大电导的通路流过，因而在这些通路上产生更多的焦耳热使温度起伏加大5，6。Wheeler和Coriell等研

7、究了在直流或交流电流作用下的定向凝固中金属界面的线性稳定性问题，他们认为，在SnBi和GeGa合金系中，电迁移性和电导性上的差异是决定界面稳定性的关键因素，而与焦耳热效应和Secbeck效应的关系不大。顾根大发现电流使A1Cu共晶合金生长界面易于呈胞状生长，使胞状共晶团数量增加，尺寸细小。电流强烈改变AlSi共晶生长形态，使之以亚共晶方式生长，使共晶硅片间距明显减小。他认为电流的焦耳热效应显著提高固液界面前沿的温度梯度，可改善连续铸锭的组织和性能。同时提出了电流作用下的界面稳定性动力学理论和修正的有效分配系数公式，并认为电流提高界面稳定性的主要原因是电场增大固液界面能和液相对流以及电流在干扰界

8、面处产生偏聚。20世纪90年代，S.Ahmed等研究了直流电流作用下Ni基高温合金定向凝固过程和行为，发现直流电流密度为50400 mAcm2时，凝固组织被显著细化，相呈弥散而细小的球状颗粒状，且均匀分布于v相基体上，凝固组织的偏析和孔隙率也减小，认为可能与外加电流对等离子体的作用有关lo】。李辉等将Al一10si亚共晶合金在电流密度为035140 Acm2下通电处理50 min，结果使其过冷度加大，力学性能大幅度提高，初生-Al由树枝状变成颗粒状【IlJ。常国威等研究了直流电流对A1-Cu合金定向凝固时的一次柱状晶间距的影响，用回归的方法得到了电流密度与一次枝晶间距之间的定量近似表达式，证实

9、电流密度越大则一次枝晶间距越小。同时推导出了电流作用下凝固界面形态稳定性的判据，认为电流通过提高固液界面能、增大固液两相电流产生的Joule热的差值、提高温度梯度的途径使界面稳定性增加1 21。2 脉冲电流凝固技术；电流对液态金属主要有以下作用：电传输效应、Jouler效应、Peltier效应、起伏效应、趋肤效应、电磁力效应、磁致收缩效应等。这些效应可以改变液体金属凝固时的传热、传质和动量传输过程，进而影响金属的凝固组织及其形态和成分分布等。采用脉冲电流处理液态金属，一方面可以减小电流细晶技术应用中电路负荷过大的问题，另一方面可减小电流在液态金属中产生的焦耳热，并有效地利用脉冲电流对金属液的扰

10、动作用。脉冲电流对物态变化有重大影响的事实屡见报道如对金属凝固、裂纹扩展” 、塑性变形 、非晶晶化 等但其影响机制尚不清楚”电流对固态金属的影响；金属的时效过程影响金属再结晶非晶合金的晶化固态金属的热处理 1984年印度学者Misra等 首次在Pbl5Sb7Sn合金凝固过程中使用了脉冲电流，其电流密度为3040 mAcm2 。经电脉冲处理过的凝固组织明显得到细化，1990年，M.Nakada等首次使用脉冲电流作用于Sn-Pb合金的凝固过程，发现凝固组织中柱状晶变成球状等轴晶。Nakada等 在冷却速率为6 Kmin时研究了高密度脉冲电流对过共晶Snl 5Pb合金的凝固过程的影响，所用电容器的充

11、电电压为3 kV，发现树枝晶转变为等轴晶脉冲电流在材料加工中的应用；研究脉冲电流的通电方式主要有两种：一是将引入脉冲电流的两个电极平行w或呈一定角度8插入熔体中通电处理；二是将两个电极分别放置在熔体的两端。进行通电处理。两种电极通电方式均能显著细化金属凝固组织。从工业应用角度讲，平行电极安装和操作比上下电极方便很多。Jie Li等|15研究脉冲电流对纯铝凝同组织的影响后发现，平行电极的细化效果要优于上下电极(表1)。-试验研究中，研究者选择有代表性的试验金属，以求对其他金属有参考意义，从低熔点到高熔点及单元单相到多元多相的原则，考虑工程实用性，对纯金属、二元合金和多元合金都进行了探索性研究。对

12、纯金属，主要选择纯铝开展研究对二元合金，主要选择低熔点、便于开展试验研究的Pbsn合金和较高熔点、工业上广泛应用的A1-Si、A1-Cu合金等结构材料开展研究高熔点的高锰钢、碳钢、轴承钢、螺纹钢、电工钢、不锈钢和铸铁来开展研究 脉冲电流作用于液相金属王建中等；-孕育处理-并对纯铝、纯铜、Al一Si合金、Al一Cu合金、高碳钢、电工钢等，进行了试验研究。王建中、苍大强等首次将脉冲电流引入熔点以上尚未凝固时的Al一50Cu合金熔体中，铸锭凝固后，柱状晶区缩小、等轴晶区扩大，晶粒得到很大程度细化。同时发现处理后的溶液具有良好的抗孕育衰退能力。之后，王建中等展开了一系列脉冲电流孕育处理金属熔体及其遗传

13、行为的研究，所得金属凝幽组织均有不同程度的细化。他们认为电脉冲处理对金属熔体具有显著的孕育效果，促进形核率的增加，因而使等轴晶区扩大，晶粒细化。电脉冲作用下铝熔体的遗传表征王建中 ，齐锦刚等 (1辽宁工学院；2北京科技大学)何力佳、 王建中 ， (1北京科技大学2辽宁工学院：研究了在过热A122Si合金熔体中施加电脉冲对其凝固组织的影响，考察了电脉冲频率、作用时间对初生相形态的影响规律。结果表明，经电脉冲孕育的合金凝固组织明显细化，初生硅相由花瓣状向块状转变；初生相凝固点下降了1678 ，反应焓值降低了41Jkg。理论分析表明外场作用下铝硅合金熔体中的大尺度硅团簇发生裂解，从而提高了熔体均匀程

14、度。王建中等；Al一Si合金-过共晶ks282 王冰、王建中、曹丽云等 (1北京科技大学冶金与生态工程学院研究了不同的过热度对电脉冲孕育处理AI一5Cu合金凝同组织的影响。实验结果表明：不同的过热度下对AI5Cu合金进行电脉冲处理，合金凝同组织均得到一定程度的细化，但过热度不同时细化效果不同。一定温度范围内电脉冲孕育处理细化的效果最好，并分析了过热度影响电脉冲孕育处理AI-5Cu合金凝同组织的机制刘兴江、王建中等(1北京科技大学，2辽宁工学院将纯铜在液态下进行电脉冲处理。然后冷变形成板材试样数个分别进行不同温度下的退火时间处理，研究了脉冲电场作用对纯铜再结晶温度的影响，并对纯铜的显微组织、硬度

15、一温度曲线进行了研究。结果表明：经电脉冲处理的纯铜再结晶过程向高温区推移，使纯铜的热稳定性、耐热性能得到了改善。王 冰 ，王建中 ，等(1辽宁工业大学材料与化学工程学院，辽宁锦州 ：2北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 )考察了不同电脉冲孕育处理参数对A1-Cu-Mn合金时效过程的影响，结果表明：电脉冲孕育处理加速了A15-Cu-Mn合金时效进程，缩短了时效时间，使合金最大显微硬度较未处理试样提高了1317；但不同的电脉冲参数影响时效过程的程度不同，一定范围内，500V电压，30s处理时间，频率为3Hz的电脉冲参数在740C处理时，合金时效后的显微硬度最高。唐勇99年在王建中的基础上，做了更

16、进一步的工作。对T8钢液和9Cr2MoV钢液施以脉冲电流，脉冲频率为1 Hz，本试验在某厂的500 kg中频感应炉中进行，试验装置示意图见图1，发现脉冲电流的主要作用是减小柱状晶的尺寸(如图4)和改善珠光体的形貌，使珠光体片层间距减小，钢锭宏观元素偏析程度有所改善，数学推导表明，脉冲电流作用后，过共析钢中c元素的扩散系数提高为原来的两倍。 薛庆国，王建中等；在重钢150mm210mm方坯连铸时对中间包电工钢钢水连续进行电脉冲孕育处理的试验表明，对钢水实施电脉冲孕育处理后，连铸坯等轴晶比例从未经处理19提高到88，未经处理铸坯存在大量粗大柱状晶，处理后铸坯组织主要为细小等轴晶，并消除了晶间裂纹，

17、因此电脉冲孕育处理显著改善了铸坯组织。王静松 、王建中等1北京科技大学冶金学院，铸铁铁液经过脉冲电流处理后，在凝固过程中发生了石墨化转变(如图5)，在相同参数脉冲电流作用下，处理时间长，有利于石墨化转变的进行，原铁液中的硅有利于缩短处理时间。他们分析认为，脉冲电流的施加引起了铁液中不同原子及原子团的电子施主受主特性的改变，改变了铁液中碳的活度及原子团的尺度，从而引起铸铁铁液凝固过程中石墨化转变。最新研究进展；杜慧玲、王建中 等北京科技大学冶金与生态工程学院，北京将电脉冲技术与粉末常规沉淀制备方法结合，获得了CoC2O4-2H2O 粉体且粒度得到了明显改善 制备草酸钴(COC2042H20)的过

18、程中旌加脉冲电磁场(PEMF)可使产物粒径明显减小，粒度分布更均匀总结；王建中等人所做试验；考察参数；过热度，脉冲参数（电压，频率研究较少），作用时间，-结果；凝固组织细化，后续相变影响性能变化-再结晶影响，A1-Cu-Mn合金时效过程团队；王建中【12】齐锦刚2 何力佳2 苍大强1等99年-至今（北京科技大学，辽宁工业大学）脉冲电流作用于金属凝固低熔点金属Nakada等 在冷却速率为6 Kmin时研究了高密度脉冲电流对过共晶Sn-15Pb合金的凝固过程的影响，所用电容器的充电电压为3 kV，发现树枝晶转变为等轴晶Nakada等人首次将脉冲电流施加到Sn-Pb合金的凝固过程，发现金属凝固组织可

19、由粗大的树枝晶转变为近球状的细小晶粒，凝固组织获得较大改善(图l”)。二元合金-PbSn合金周本濂等人对Sn-10%Pb亚共晶合金凝固过程进行脉冲电流处理，（1500V,1200U）f从凝固开始到结束放电30次）粗大树枝状初晶细化成近球状结构。实验的具体步骤是：先将一块母合金置人陶瓷坩埚中，加热并熔化当熔体温度升至290时，迅速移去加热的电阻炉，使熔体在空气中冷却当凝固开始时，向熔体中通以脉冲电流(充电电压事先设定为l500 v)直到凝固结束团队；鄢红春，秦荣山，周本濂等，时间9499年，鄢红春等”认为金属凝固组织细化现象与脉冲放流所产生的脉冲压力有关，当脉冲压力很大时，能抑制晶核长大或将树枝

20、晶碎断；当脉冲压力不是很大时，则是下述的第二种机理，即电流作用能降低形核功，增加形核率，导致晶粒细化。鄢红春等人对脉冲电流作用下SnPb合金结晶晶粒的尺寸做了深入计算，计算得出，当所加脉冲电流密度达104Acm-2数量级时，可以获得大块纳米晶。较高熔点金属；凝固温度较高的纯Al、Al-Si、Al-Cu、纯铜、铜合金等结构材料开展研究1纯铝；刘华泽，赵志龙，马连辉，王保建 (西北工业大学机电学院，陕西西安)高能量密度脉冲电流细化纯铝晶粒存在一个能量的阈值，本实验中只有能量达到60 J时，才能显著细化晶粒，当脉冲能量为270 J时，可以获得占整个截面99、平均尺寸为0021 mm的均匀细小的等轴晶

21、。(2)实验中能量越高过冷度越大，最大过冷度可以达到18度，是同等条件下不施加脉冲的3倍。但是当能量达到180 J时，脉冲电流产生的热效应会减小过冷度，晶粒也会增大。范金辉、翟启杰等（上海大学；）研究了纯铝、不锈钢、灰铸铁。在不同的充电电压下，对纯铝的凝固过程进行电脉冲处理。结果表明：脉冲电流能够扩大纯铝铸锭的等轴晶区、缩小柱状晶区，并使晶粒尺寸细化。在一定的脉冲电流参数范围内，电流密度增大和脉冲频率升高都有利于金属凝固组织的细化和改善。 Xiliang Liao , Qijie Zhai翟启杰，廖希亮廖希亮等研究了脉冲电流对纯铝凝固组织的细化作用，发现在液相线以上和晶粒长大过程中施加脉冲电流

22、对细化晶粒没有明显效果，但是在纯铝凝凝固形核阶段施加电流可以显著细化晶粒。通过设计8种对纯铝凝固过程施加脉冲电流的处理工艺(图2)，较系统研究了脉冲电流对凝固过程的孕育、形核、长大及整个凝固过程等的细化效果， 在型腔中放置圆柱形网型壁不同温度通过试验论证，认为脉冲电流作用产生的脉冲磁力导致型壁晶核的不断脱落与增殖是凝固组织细化的根源，据此可确认，凝固组织细化根源在于型壁上异质形核核心的脱落和增殖。根据试验观察到的现象，廖希亮并不认同电磁力可以打碎枝晶臂的观点。 翟启杰，廖希亮（纯铝（电流密度、频率、脉宽，）纯铜（电流密度、频率）效果较差 ，认为与材料物理性能密切相关，铝硅合金（电流密度，频率）

23、,宏观凝固组织和微观组织翟启杰，廖希亮 -纯铜丘永福、翟启杰等(1上海大学)通过调节脉冲电压，研究电压对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响，变质处理进行了对比。结果表明，电压的增大，合金的凝固组织愈加细化，力学性能不断提高班春燕 崔建忠、訾炳涛等 (东北大学)98-02年1)研究了高密度脉冲电流作用下LY12铝合金的凝固组织。试验结果表明，高密度的脉冲电流可显著细化其凝固组织；脉冲电流的密度愈大，对凝固组织的细化效果就愈显著。(2)高密度脉冲电流通过凝固中的金属熔体时，熔体会受到很大的收缩力和冲击渡，造成熔体不断被反复地压缩和运动，使树枝晶被碎断成小块，提高形核率从而使组织得到细化和改善。

24、 何树先，周尧和等 (上海交通大学) 2002年研究高密度脉冲电流对A356铝台金低温熔体凝固组织的影响对液相线以下溶体的凝固过程在不同阶段进行电脉冲处理。在同样的电脉冲条件下，凝固组织细化效果与电脉冲放电开始时间有关，凝固过程中放电开始时间越早，凝固组织细化效果越明显；反之，凝固组织细化效果较差；同时，脉冲充电电压越高，凝固组织细化程度越大。定量计算了脉冲电流产生的电磁力并分析了脉冲电流影响凝固组织的作用机制。 在凝固过程中施加电脉冲，亚共品A356铝合金的凝固组织能够得到不同程度的细化。电脉冲充电电压为1 000 V时，电脉冲在凝固过程开始阶段放电对凝固组织的细化效果比在凝固过程后期放电更

25、明显。电脉冲充电电压为2 000 V，并且在凝固后期放电时，能够明显改变最终凝固组织形貌，由树枝晶转变为等轴晶组织电脉冲输入到不同温度的熔体中时，电脉冲所产生的电磁力对熔体结构的影响作用也就不同。当熔体温度较高，固相强度较低只需适当强度的电磁力就能够破碎熔体中的初生固相，干扰晶体的正常生长过程；而当熔体温度较低，熔体中固相强度较高时，则需要相当大的电磁力，才能够达到破碎固相树枝晶的目的，这样经过电脉冲处理后，熔体凝固过程中便形成很多非枝晶或类枝晶组织 闫猛，廖希亮，翟启杰等 (上海大学)为揭示脉冲电流对晶体生长的影响机理，研究了脉冲电流和直流电对AI-Cu合金定向凝固胞状树枝晶组织的影响。丁雨

26、田，马龙，徐宏玉，胡勇 (兰州理工大学研究了方波脉冲电流对过共晶A150cu合金定向凝固组织的影响，主要考察了不同脉冲电流幅值和频率对合金枝晶间距和生长形态的作用效果。试验结果表明，随着脉冲电流幅值和频率增大，一次枝晶间距减小，主要是焦耳热的作用。此外，过共晶AI50Cu柱状晶随着脉冲电流的增加出现了V字型生长，失去定向凝固的方向性，这是由于脉冲磁压力和生长速度两方面作用的叠加导致柱状晶的生长方向发生改变的结果。结论(1)随着脉冲电流的增加，柱状晶间距减小。当电流值达到400 A时，平行排列的柱状晶组织被破坏，并出现了折断现象。当电流继续增大时，柱状晶被折断的程度更加显著。(2)随着脉冲电流的

27、增加，平行排列的柱状晶组织被破坏，并出现了折断现象。当电流继续增大时，柱状晶组织变得不明显，并出现了条状折弯现象。最后当频率达到1 000 Hz时，折弯处与临近的条状组织结合，出现多处V字形状组织。(3)脉冲电流通入熔体时，由电流产生的脉冲洛伦兹力和由脉冲电滞收缩力共同产生的瞬态磁压力远大于熔体内部的动力压强，由于熔体不能抗剪切应变，其将枝晶之间产生宏观的相对运动，一方面枝晶熔断，另一方面，熔体受到横向冲断将枝晶受弯矩作用而折断。Zhai等使用200 Hz脉冲电流处理Al-45Cu定向凝固过程，发现脉冲处理可以增加凝固界面稳定性，减少糊状凝固区的深度。图3是处理参数为：200 Hz，拉伸速度3

28、 ms，固液界面由树枝状变成胞状甚至变成平面的情况。低压脉冲电流对合金凝固组织的影响周 全 等 南昌航空工业学院；中国科学院金属研究研究了低压脉冲电流作用下Al-Cu合金凝固组织的变化，考察了冷却速度、脉冲电压和处理时间对合金晶粒大小的影响。试验结果表明：在低压脉冲电流的作用下，Al-Cu 合金的凝固组织显著细化，其初生相由发达的树枝晶转变为均匀细小的蔷薇状晶体。合金的晶粒尺寸随着冷却速度的增加而逐渐减小。随着脉冲电压的提高，合金的晶粒尺寸逐渐减小；当脉冲电压达到400V 时，晶粒尺寸略有回弹。随着处理时间的增加，合金的晶粒尺寸逐渐减小；当处理时间大于10分钟时，晶粒尺寸随着处理时间的增加而略

29、有增大。研究了低压脉冲电流对ZM53Ca阻燃镁合金凝固组织及力学性能的影响。结果表明，经低压脉冲电流处理后，合金的凝固组织细化，其初生相形态由发达的树枝晶转化为近球状或蔷薇状晶体；降低冷却速度有利于合金初生相的球化；随着脉冲电压的提高，合金的晶粒尺寸逐渐减小，其屈服强度和抗拉强度逐渐提高，但其塑性没有得到改善；当脉冲电压为400 V时，合金的屈服强度和抗拉强度比未经电流处理的试样分别提高了9和19。总结；脉冲参数，脉冲作用于不同阶段，在此提出机制；何树先，李莉娟 翟启杰 等 上海大学通过对取向硅钢进行脉冲磁场退火实验,发现在相同的退火时间（6.0 min）内,低于1 T的脉冲磁场可以在一定程度

30、上提高取向硅钢的磁感（B8）,而高于1 T的脉冲磁场则会使取向硅钢的磁性能急剧恶化.同时发现,脉冲直流电加热方式会使取向硅钢的磁性能恶化.翟启杰团队；范金辉、廖希亮、李青春等高熔点金属；高温合金 王建中等人用脉冲电流对T8钢和高碳钢进行孕育处理，发现，经脉冲孕育处理后凝固的组织，柱状晶区缩小，等轴晶区扩大，晶粒得到细化， 翟启杰等人利用脉冲电流处理铸铁和不锈钢组织，对灰铸铁凝固全过程施加脉冲电流处理后，其凝固组织中粗大长直石墨片变得细小弯曲，对不锈钢的脉冲电流处理后，枝晶长度缩短，间距减小， 张明对奥氏体高锰钢凝固全过程施加脉冲电流，考察了脉冲电流密度，脉冲频率对凝固组织的影响，发现脉冲电流细

31、化初生奥氏体枝晶高熔点的高锰钢、碳钢、轴承钢、螺纹钢、电工钢、不锈钢和铸铁来开展研究陈艳波，王建军，等人 安徽工业大学研究了不同参数的脉冲电流对Q235钢凝固组织的影响，结果表明：脉冲电流的电压和频率对凝固组织的优化有一最佳值。初步解释了脉冲电流影响凝固过程的作用机理。 张明，任向飞，等人 燕山大学利用自行设计的脉冲电流发生装置和高温坩埚炉研究了高能量密度脉冲电流对奥氏体锰钢凝固组织的影响；利用金相显微镜和数字图像分析仪分析了试验钢的凝固组织。结果表明：脉冲电流可明显细化奥氏体锰钢的凝固组织，其凝固组织中奥氏体晶粒尺寸随着脉冲电流密度或脉冲频率的增大而减小。在本实验条件下，可使奥氏体的晶粒尺寸

32、由420肚m细化到231am。凝固组织的细化效果与脉冲放电处理的开始温度有关，在略低于钢的开始凝固温度进行放电处理效果最佳，可获得均匀的凝固组织。脉冲电流细化金属凝固组织的原因是：脉冲电流在金属熔体内产生的强大的电磁力和冲击力使金属熔体产生强烈的振荡，使熔体中初生晶核不断被强烈碎化所致。钢的开始凝固温度为1 3916，凝固终止温度为l 3822。作者以ZGMnl3M02钢为研究对象，研究了高能量密度脉冲电流对该钢凝固组织的影响，包括脉冲电流频率、脉冲电流宽度和脉冲电流放电处理开始温度对钢凝固组织的影响 王文波、苍大强等 (北京科技大学对熔融态钢液进行处理，研究了电脉冲对于取向硅钢凝固组织的影响

33、作用，利用正交试验法研究了脉冲电容、频率、处理时间和电压等脉冲参数的作用效果。结果表明：电脉冲对钢锭晶粒组织具有明显的细化作用，凝固组织的等轴晶比例大幅上升，影响等轴晶比例的最显著性因素为脉冲频率将钢样在可控气氛高温炉内加热至实验温度1 570 ，保温5 min后开始降温，降温速率控制为2Cs，同时导入电脉冲处理器， 张西锋， 袁守谦、等( 1 西安建筑科技大学， 2 西安重型机械研究所，选择4 5 钢作为研究对象， 考察了不同脉冲电压对其宏观凝固组织、微观凝固组织以及成分偏析的影响。实验发现， 经过不同脉冲电压处理后， 4 5 钢的宏观凝固组织得到明显改善， 等轴晶增加， 柱状晶减少， 随脉

34、冲电压升高， 效果越明显；图6为作者翟启杰等采用脉冲电流处理不锈钢凝固组织的实验结果，表明高压脉冲电流可以明显减少不锈钢柱状晶组织，增加等轴晶数量。团队；张西锋1 袁守谦1 西安建筑科技大学,波形；三角波,方波脉冲参数；电压，频率，脉宽脉冲作用于凝固过程不同阶段；M.Nakada;何树先；高明;廖希亮脉冲作用机理；1.王建中等人；王建中、苍大强等学者基于纯铝和Al-Cu 合金研究结果和团簇理论提出了电脉冲孕育的观点，认为脉冲电场可使晶胚的外电层发生畸变，降低阻碍原子与晶胚相结合的“位垒”，促进周围原子与晶胚的结合成长为准晶核，从而起到孕育效果。 秦荣山、周本濂，鄢红春1)当脉冲电流所产生的脉冲

35、压力很大时，如图4中 处，成核率较小这可能是由于压力很大时，原子的扩散受到了抑制，不利于成核所致又因脉冲压力很大，适当大小的脉冲压力或抑制晶核长大或把组织中的树枝晶碎断，从而细化晶粒这可解释本实验及文献(1，33中的树枝晶近球化或球化及树枝晶臂碎断现象(2)当脉冲电流所产生的脉冲压力不是很大时，如图4中P】或 处，成核率相当高这可能是由于压力降低了形核功的缘故根 F嚷4据Avrami方程，形核率增加，将导致晶粒的细化这种情况可解释文献C23中共晶7 aj，I pr围4 形核率与脉冲压力的关系The relationship between nucleation rateand pulse pr

36、essure团细化的实验结果又由于压力不是很大，故树枝晶碎断现象可以不发生这可说明文献(2)以及(13中的第二种情况(压力较小)为什么未观察到树枝晶碎断的现象鄢红春等人对脉冲电流作用下SnPb合金结晶晶粒的尺寸做了深入计算，计算得出，当所加脉冲电流密度达104Acm-2数量级时，可以获得大块纳米晶。Barnak、Sprecher等计算后发现脉冲电流引起熔体收缩效应而产生的剪切力不足以破碎枝晶，在排除电流的趋肤效应和收缩效应占主导网素后提出，脉冲电流对形核速率有影响，电流作用会导致液固相自由能减少或液圄界面自由能增加，迸而导致形核率增大，细化晶粒尺寸。提出脉冲电流提高形核率说。3L.Jiangm

37、ing、M.NakadaNakada 和 Flemings认为脉冲电流在Sn-Pb合金熔体中充放电造成的收缩而形成剪切应力，破碎形成的树枝晶，为等轴晶的形成提供形核质点，提出脉冲电流破碎枝晶说。何树先、周尧和等学者根据Maxwell方程计算出电磁力大小并将其完善。 廖希亮、崔建忠、班春燕晶粒游离机理，翟启杰，廖希亮等学者对纯铝、灰铁等系列合金进行研究，发现脉冲电流作用于凝固的形核阶段对纯铝凝固组织细化效果最佳，在凝固前的液相阶段施加脉冲电流对金属凝固组织无影响。铸型型壁上晶核的不断形成和脱落是脉冲电流细化金属凝固组织的直接原因，提出了“晶雨”说。从现有研究成果看，这方面的研究主要针对低熔点金属

38、和合金，对于高熔点金属和合金，因其凝固过程通入电流困难，对配套装置要求较高，故开展的研究较少，此外人们对脉冲电流对凝固组织的作用机理尚无清晰系统的认识，甚至对具体材料的作用机制看法也颇为不一。脉冲电流作用于金属固态金属相变金属再结晶非晶合金晶化金属纳米化金属疲劳寿命金属裂纹愈合-脉冲电流放电止裂处理H.Q. Lin a, Y.G. Zhaoa, Z.M. Gaob, L.G. Hana林化强，韩立广等人 (吉林大学)将HHD钢预制裂纹进行脉冲电流放电止裂处理对止裂处进行了宏观和微观分析。实验发现脉冲电流不损伤基体组织而达到了裂纹止裂效果， 金属塑性加工曹丽云，王建中，杨晓平，刘兴江(辽宁工学院

39、)研究了Q235钢在非稳态脉冲电菠作用下正火后组织的变化。结果表明：脉冲电流可以细化Q235钢的正火组织随着脉冲电压的升高、脉冲频率的增加，细化效果更加显著实验用材料为Q235钢，制成1o10(ram)的试样，把金属导线焊在试样两端，将试样送人箱式电阻炉中加热。导线从炉门中的孔洞伸出，接在脉冲发生器上，将试样加热到900lC，保温，通过脉冲发生器向试样加电脉冲，之后继续保温25 min，空冷。电流作用下的电致塑性效应1963年前苏联学者0ATroitskii和Licht腿n阳1在研究锌单晶单轴拉伸时发现锌单晶在变形过程中，当受到平行于(0001)滑移面的电子辐射时，其流变应力明显降低，韧性显著

40、提高(见图1)：而当电子辐射垂直于滑移面时，虽然流变应力也降低，但延伸率下降，锌单晶材料明显脆化，甚至发生脆性断裂(图1)。后来Troitskii又研究了脉冲电流对Zn晶体在液氮温度单轴拉伸变形的影响阳1(见图2，图中数字为电容放电电压)，从载荷与变形量的关系曲线可知，脉冲电流对弹性变形区无影响。但在拉伸变形区(图2中A区)内，材料承受每个脉冲时载荷都会发生突然的跃变，使载荷降低。且电压越高、电流密度越大，载荷跃变越大，载荷降低幅值越大。可见电流对流变载荷产生显著影响。当停止加载时，即对应于应力松弛区(图2中B区)，电流脉冲也不引起载荷的显著跃变。从图2还可知，载荷的跃变总是向载荷降低的方向移

41、动，增大脉冲强度时，载荷峰值也降低，所以认为是电流脉冲降低了形变应力，并增大了金属材料的塑性变形能力。从图2还可知，载荷的跃变总是向载荷降低的方向移动，增大脉冲强度时，载荷峰值也降低，所以认为是电流脉冲降低了形变应力，并增大了金属材料的塑性变形能力。科技工作者对Cu、Zn、Pb、Cd、Fe、Sn、W等金属进行了试验研究，脉冲电流能降低金属材料的流变应力、增加金属材料塑性变形能力的现象已被科技工作者普遍认同，并将这种现象称为电流作用下的电致塑性效应，简称电塑性效应。既然电塑性效应能降低金属材料的变形抗力，很自然就希望能将该效应应用于金属材料加工。前苏联学者进行了将电塑性效应应用于丝材加工(轧制和拉拔)的尝试性研究，并取得了一定进展砸3。清华大学于1995年开始进行金属丝材的电塑性加工研究，经过10余年的研究，已取得了显著进展心埔1。目前，己在不锈钢丝、08Mn2Si、CuSi焊丝、AlSi、AlMg焊丝)等丝材的电塑性拉拔实验研究，发现利用电塑性效应能显著改善