Электроимпульсная обработка магниевых сплавов: ускорение и новые возможности

Современные исследования в области металлообработки привели к разработке инновационного метода – электроимпульсной обработки (ЭИО). Эта передовая технология позволяет значительно ускорить процесс нагрева металлических материалов, отличаясь высокой энергоэффективностью и экологичностью. В основе ЭИО лежит использование импульсного тока, или "электроимпульса", который вызывает уникальные явления, такие как электропластичность и электроимпульсная анизотропия. Это способствует быстрой микроструктурной эволюции сплавов, превосходящей традиционную печную термообработку (ПТО) благодаря возможному атермическому вкладу, выходящему за рамки эффектов джоулева нагрева.

Вызовы при сравнении ЭИО и ПТО

До недавнего времени ученые сталкивались с трудностями при попытках количественно оценить атермический вклад ЭИО. Основной сложностью было проведение прямого сравнения ЭИО и ПТО при одинаковых температурах, что неизбежно приводило к значительным экспериментальным погрешностям.

В новом исследовании группа ученых из Пусанского национального университета, под руководством профессора Тэкёна Ли, предложила новаторский подход. Используя специально разработанный Т-образный образец из магниевого сплава, они смогли разделить эффекты обычного нагрева и дополнительные, атермические эффекты ЭИО. Результаты этой работы были опубликованы в журнале Journal of Magnesium and Alloys.

Инновационная методология и ключевые выводы

Профессор Ли отмечает уникальность их разработки: "Наша инновационная методология с использованием Т-образного образца позволяет разделить пути протекания тока и теплопередачи в одном образце, подвергающемся ЭИО. Это кардинально отличается от традиционного подхода, который сравнивал два разных образца: один с ЭИО, другой с ПТО при схожей температуре, что обладало множеством ограничений".

"Методология Т-образного образца дает возможность независимо анализировать термические и атермические эффекты ЭИО в пределах одного образца", – добавляет он.

Путем точного контроля электрического тока в предварительно отожженном образце магниевого сплава AZ31, команда исследователей создала в одном и том же образце две области, достигшие практически одинаковой температуры. При этом ток протекал только через одну из них. Было обнаружено, что область, через которую проходил ток, демонстрировала ускоренную миграцию границ зерен, значительно более быстрый рост зерен, удаление границ двойников, снижение границ с малыми углами, аннигиляцию дислокаций и размягчение по сравнению с областью, нагретой только за счет теплопроводности. Это неопровержимо доказывает, что ЭИО способна ускорять микроструктурные изменения сверх того, что может быть объяснено исключительно тепловым воздействием.

Исследователи также подтвердили свои выводы с помощью анализа методом конечных элементов, который подтвердил локализацию потока электрического тока в одном луче и надежно воспроизвел криволинейное распределение температуры на пересечении луча в Т-образном образце.

Перспективы для исследований и промышленности

Профессор Ли подчеркивает долгосрочное значение их разработки: "Измерение атермического эффекта без учета джоулева тепла, то есть термического эффекта, в процессе ЭИО долгое время было серьезной проблемой для научного сообщества. Разработанная методология поможет исследователям глубже понять физические принципы, лежащие в основе ЭИО".

"Ожидается, что она станет ключевой стандартной измерительной технологией для развития высокоэффективных и экологически чистых методов формования, известных как электроассистированное формование, для различных металлических материалов с использованием электроимпульсов", – заключает он.

В целом, подход с использованием Т-образного образца, представленный в данном исследовании, обеспечивает надежную основу для разделения термических и атермических эффектов ЭИО на макроуровне, предоставляя незаменимый инструмент для детального изучения их роли в формировании микроструктуры и механических свойств под воздействием ЭИО.