电塑性对a590铝锂合金折弯性能的影响

电塑性对a590铝锂合金折弯性能的影响

铝锂合金的成形技术铝铝基径为新型环保材料，具有低密度、高比强度、比刚、高弹性模量等优点。广泛应用于航空航天领域。但是铝锂合金在室温下塑性较差,难以采用传统的冷成形工艺生产复杂零部件,限制了其应用发展。文献研究了5A90铝锂合金的显微组织和力学性能,得出室温下材料为脆性和韧性混合断裂机制,延伸率只有7.5%,塑性较差。文献研究了5A90铝锂合金板材的折弯性能,发现室温下进行90°折弯,板材很容易发生破裂,成形性能差。通常采用热成形、渐进成形和电塑性成形等工艺方法来提高铝锂合金的成形性能。其中,电塑性成形因加工时间短、费用低、能耗少而备受关注。电塑性成形利用电脉冲的电塑性效应加工成形材料。电塑性效应主要指焦耳热效应、纯电塑性效应和集肤效应的综合作用。通常,集肤效应由于效果不明显,不予考虑。因此,电脉冲主要通过焦耳热效应和纯电塑性效应提高材料的延伸率,降低流动应力,从而提高材料的成形性能。文献研究了电塑性效应下不锈钢弯曲性能,发现电脉冲可以降低弯曲件的回弹,且电流密度越大,回弹降低的效果越明显。本文研究脉冲电流对5A90铝锂合金力学性能的影响,进行电塑性拉伸和折弯实验,探究脉冲电流对5A90铝锂合金折弯性能的影响规律。1电塑性拉伸实验选择固溶处理后的5A90铝锂合金板作为实验材料,化学成分如表1所示,板厚1.9mm。对板材进行线切割,得到拉伸试样,试样标距为35mm×6mm。使用TSGZ-2.0KVA电源对拉伸试样施加脉冲电流,一个电脉冲的持续时间为60μs,通过调节电源的电压和频率来调节脉冲电流的大小和周期,实验使用的脉冲电流频率为250Hz,周期为4000μs,脉冲电流的大小通过示波器测量。在2t-SANS拉伸机上进行电塑性拉伸实验,拉伸速率1×10-3s-1,使用FLIRA651热成像仪测量拉伸试样温度的变化。设计加工电塑性折弯模具,上模和下模通过电木与拉伸机进行可靠绝缘,如图1所示。折弯试样为50mm×50mm的方形板材,在SANS拉伸试验机上进行电塑性折弯实验,下压速率5mm/min,折弯半径1mm,折弯角度90°。依据电拉伸的实验结果,确定合适的折弯实验有效电流,从而提高5A90铝锂合金板的折弯性能。2结果与分析2.1电流越大,材料延伸率高图2和表2分别为5A90铝锂合金在不同有效电流下的工程应力-应变曲线和拉伸性能,将室温拉伸试样A与通电拉伸试样B、C、D、E、F、G、H进行比较,发现通电后,材料的延伸率提高,屈服强度和抗拉强度降低,且有效电流越大,材料延伸率提高、屈服强度和抗拉强度降低的效果越明显。与室温下的试样A相比,当试样G的有效电流提高到150.1A时,延伸率从24.1%提高到60.1%,提高了149%,屈服强度和抗拉强度也分别降低了64%(从145MPa降到52MPa)和59%(从385MPa降到158MPa)。但与试样G相比,试样H的有效电流提高到164.3A,延伸率反而降低51.9%,原因是电流太高,产生了过多的焦耳热,过高的温度(320℃)导致材料中产生热应力或是晶体缺陷,使材料易于发生缩颈而断裂,延伸率降低。脉冲电流可以有效提高材料的延伸率,降低屈服强度和抗拉强度,有助于提高折弯工艺中材料的成形质量、降低成形力和回弹。2.2折弯实验效果图3所示为在不同的有效脉冲电流下,5A90铝锂合金折弯成形力与位移的关系曲线,试样A为室温条件下折弯,经过弹性变形阶段进入稳定变形阶段,此时成形力约4500N。随着位移增加,变形继续。当变形结束,进入保压阶段后,成形力急剧上升,直到折弯过程结束。试样B、C、D、E在不同的脉冲电流作用下进行折弯,与试样A相比,弹性变形阶段变短,稳定变形阶段的变形力明显降低,且有效电流越大,成形力越小。当有效电流提高到152A时,试样E在稳定阶段的成形力为2000N左右,降低了55.6%。同时,折弯过程中所需的机械能也相应降低。脉冲电流能够有效减少折弯过程中的弹性变形,显著降低材料的变形力和机械能。有效电流越大,材料弹性变形的减少和变形力的降低越明显。5A90铝锂合金电塑性折弯样件的成形质量如表3和图4所示,室温折弯试样A在折弯区域出现严重破裂,裂纹长且深,折弯样件质量较差。对折弯试样B、C、D、E通入脉冲电流,试样B、C折弯区域仍有裂纹,但裂纹变浅变短,破裂程度降低,而试样D表面只有微小裂纹,当有效电流提高到152A时,试样E折弯区域无裂纹,成形质量良好。结果表明,脉冲电流能够提高材料的延伸率,有效减少裂纹的出现,提高材料的成形性能。图5所示为折弯实验后样件的回弹比较,试样A在室温下折弯,折弯后工件的回弹角度为1.8°。与试样A相比,引入不同大小有效电流的试样B、C、D、E在折弯过程中,回弹角降低,且有效电流越大,回弹角越小。说明脉冲电流能够降低材料的屈服强度和加工硬化,而小的屈服强度和加工硬化能够降低回弹。因此,脉冲电流能够提高材料的变形性能,减小材料的回弹角。且有效电流越大,脉冲电流对回弹角的降低效果越明显。5A90铝锂合金在通电情况下,其延伸率和折弯成形性能的提高主要归功于电塑性效应。电塑性效应能够有效降低位错密度,提高材料的延伸率,降低流动应力和屈服强度。因此,折弯过程中,脉冲电流能够有效提高材料的成形质量、降低成形力及折弯回弹。且随着有效电流的提高,脉冲电流的焦耳热和漂流电子对位错的作用加强,折弯性能提高越明显。3材料的折弯成形本文探究了电脉冲对5A90铝锂合金力学性能和折弯性能的影响。1)脉冲电流能有效提高5A90铝锂合金的延伸率,降低流动应力,从而提高