一种脉冲电流辅助汽车用铝合金PLC效应消除的方法

摘要

本发明公开了一种利用脉冲电流辅助汽车用铝合金PLC效应消除的方法，属于铝合金加工技术领域。选择退火态的铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样，在拉伸过程中施加脉冲电流处理。所用脉冲电流参数范围为：频率1～200Hz，脉宽20μs～1ms，电流10～2000A。本发明的技术方案通过在拉伸过程中施加脉冲电流，加快了铝合金试样内可动位错的运动速度，降低了位错密度，从而减少了溶质原子与可动位错之间的相互作用，达到了消除PLC效应的目的，对5xxx铝合金进一步用于汽车车身板材具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，具体是指脉冲电流辅助汽车用铝合金(5xxx系)PLC效应消除的方法。

背景技术

随着社会和经济的快速发展，环境污染和能源短缺两大问题日益突出，人们渐渐意识到各行业在发展的同时，应该重视节约资源和保护环境。对于汽车工业而言，其发展和应用的普及是与能源、环保与安全这三大问题息息相关的。为此，汽车行业多年来一直将持续发展的核心放在节能和减排上，从汽车材料的选择，制造工艺和产品自身结构设计等方面着手，努力开发研制现代型汽车。因此，采用轻量化材料作为减轻汽车自重的方法，已经成为当前汽车工业发展的主要方向。高Mg含量的5xxx系铝合金强度中等，焊接性、成形性和耐腐蚀性能优异，已成为汽车减重用车身板材的最佳选择之一，但其在拉伸变形过程中常会出现产品表面粗糙、留有局部变形带等问题，即产生了锯齿形屈服效应(PLC效应)。PLC效应会降低合金的延展性，严重影响成品的表面质量及外观，限制了它在汽车上的进一步应用。

PLC效应在时域上表现为锯齿形的应力应变曲线，空域上则表现为PLC变形带的形成和传播。关于PLC效应出现的原因，通常大家认可的解释是动态应变时效(DSA)理论，即溶质原子与可动位错间反复的钉扎和脱扎。可动位错在运动过程中被障碍阻拦的时间内，溶质原子向可动位错扩散并聚集。当聚集的溶质原子足够多时，将对可动位错进行钉扎。在应力的作用下，可动位错通过热激活方式克服钉扎重新运动，称为脱钉。这一过程的反复进行，就在宏观上反映为锯齿形应力流动的PLC效应。对于可时效析出强化的铝合金如2xxx系、7xxx系等合金可通过固溶时效析出降低合金的PLC效应，但5xxx系铝合金是不可时效析出强化的。因此目前针对5xxx系铝合金，一般通过增大变形时的应变速率或提高变形温度来降低PLC效应。有研究表明，当变形温度高于100℃或低于-50℃时，PLC效应完全消失，合金表面质量显著提高。但是这种方法需要较高的温度，会提高生产成本，造成能源的浪费，不利于工业生产。

脉冲电流作为一种瞬时高能的特殊处理手段，它可在试样拉伸变形过程中降低铝合金内可动位错密度，从而减少可动位错与溶质原子的交互作用，达到降低PLC效应的目的。脉冲电流处理方法是一个全新的研究思路，不同于常规的方法。同时，脉冲电流的引入是一种简单易行的绿色手段，符合当前绿色生产的技术需求。本发明通过调整脉冲电流的参数及拉伸的应变率等条件，获得降低PLC效应的最佳参数。

发明内容

本发明的目的在于采用脉冲电流这一新型的处理手段来辅助汽车用铝合金(5xxx系)PLC效应的消除。利用该方法可以提高5xxx系铝合金在拉伸变形过程中的表面质量，使其更好的应用于汽车车身板材料中。

一种脉冲电流辅助汽车用铝合金PLC效应消除的方法，其特征在于，选择退火态的5182铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样将脉冲电源输出端固定在置于拉伸机上的拉伸试样两端，拉伸机的应变速率设置为5×10^-5s^-1时，脉冲电源参数范围为：频率1～200Hz，脉宽20μs～1ms，电流10～2000A。

进一步地，拉伸前将试样表面用砂纸磨至光亮，取三段测量试样标距部分的厚度，厚度之差不超过2mm。

进一步地，通过分析对比同一应变率下，施加脉冲电流拉伸与无脉冲拉伸的应力应变曲线，得出脉冲电流对铝合金PLC效应的影响。

进一步地，所有拉伸实验均在室温下进行。

本发明的构成：拉伸变形过程中的5182铝合金会产生PLC效应，即锯齿屈服效应，通过在拉伸过程中施加脉冲电流，可以加快可动位错的运动速度，降低其密度，从而减少溶质原子与可动位错之间的相互作用，达到降低PLC效应的目的。

与现有的消除铝合金PLC效应的方法相比，本发明通过在铝合金试样拉伸过程中施加脉冲电流，消除了试样拉伸过程中产生的PLC效应，改善了试样的表面质量，达到了与传统方法同样的效果，但脉冲电流的引入是一种简单易行的绿色手段，更符合当前绿色生产的技术需求。

表1 5182铝合金成分

成分MgCuMnFeSiCrTiAl含量(％)4.240.160.210.210.0870.0540.016余量

附图说明

图1为实施例1的拉伸变形时有无脉冲处理的应力应变曲线对比图，其中应变率为5×10^-5s^-1，脉冲电源参数为，电流100A，频率180Hz，脉宽180μs。

图2为实施例2的拉伸变形时有无脉冲处理的应力应变曲线对比图，其中应变率为5×10^-5s^-1，脉冲电源参数为，电流150A，频率180Hz，脉宽180μs。

图3为实施例3的拉伸变形时有无脉冲处理的应力应变曲线对比图，其中应变率为5×10^-5s^-1，脉冲电源参数为，电流200A，频率180Hz，脉宽180μs。

图4为实施例4的拉伸变形时有无脉冲处理的应力应变曲线对比图，其中应变率为1×10^-4s^-1，脉冲电源参数为，电流200A，频率180Hz，脉宽180μs。

具体实施方式

实施例1：

本实施例对5182铝合金进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理。具体步骤如下：

(1)选择退火态的5182铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样，将试样表面用砂纸磨至光亮，取三段测量试样标距部分的厚度，厚度之差不超过2mm。

(2)将脉冲电源输出端固定在置于拉伸机上的拉伸试样两端，拉伸机的应变速率设置为5×10^-5s^-1，脉冲电源参数为，电流100A，频率180Hz，脉宽180μs。同时，对照试样为在5×10^-5s^-1拉伸应变率下无脉冲电流拉伸。

(3)分析同一应变率下，施加脉冲电流拉伸与无脉冲拉伸的应力应变曲线(为了清楚地显示出两种曲线的差异，将脉冲曲线沿y轴进行了平移，即真应力之间不具有可比性。)。如图1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，应力应变曲线上的锯齿密度大幅度减少，即脉冲电流处理降低了PLC效应。

实施例2：

本实施例对5182铝合金进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理。具体步骤如下：

(1)选择退火态的5182铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样，将试样表面用砂纸磨至光亮，取三段测量试样标距部分的厚度，厚度之差不超过2mm。

(2)将脉冲电源输出端固定在置于拉伸机上的拉伸试样两端，拉伸机的应变速率设置为5×10^-5s^-1，脉冲电源参数为，电流150A，频率180Hz，脉宽180μs。同时，对照试样为在5×10^-5s^-1拉伸应变率下无脉冲电流拉伸。

(3)分析同一应变率下，施加脉冲电流拉伸与无脉冲拉伸的真应力应变曲线(为了清楚地显示出两种曲线的差异，将脉冲曲线沿y轴进行了平移，即真应力之间不具有可比性。)。如图2所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，应力应变曲线上的锯齿密度大幅度减少，即脉冲电流处理降低了PLC效应。

实施例3：

本实施例对5182铝合金进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理。具体步骤如下：

(1)选择退火态的5182铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样，将试样表面用砂纸磨至光亮，取三段测量试样标距部分的厚度，厚度之差不超过2mm。

(2)将脉冲电源输出端固定在置于拉伸机上的拉伸试样两端，拉伸机的应变速率设置为5×10^-5s^-1，脉冲电源参数为，电流200A，频率180Hz，脉宽180μs。同时，对照试样为在5×10^-5s^-1拉伸应变率下无脉冲电流拉伸。

(3)分析同一应变率下，施加脉冲电流拉伸与无脉冲拉伸的应力应变曲线(为了清楚地显示出两种曲线的差异，将脉冲曲线沿y轴进行了平移，即真应力之间不具有可比性。)。如图3所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，应力应变曲线变得光滑，PLC效应消失了，很大程度上改善了样品的表面质量。

实施例4：

本实施例对5182铝合金进行单向拉伸变形时施加脉冲电流处理。具体步骤如下：

(1)选择退火态的5182铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样，将试样表面用砂纸磨至光亮，取三段测量试样标距部分的厚度，厚度之差不超过2mm。

(2)将脉冲电源输出端固定在置于拉伸机上的拉伸试样两端，拉伸机的应变速率设置为1×10^-4s^-1，脉冲电源参数为，电流200A，频率180Hz，脉宽180μs。同时，对照试样为在1×10^-4s^-1拉伸应变率下无脉冲电流拉伸。

(3)分析同一应变率下，施加脉冲电流拉伸与无脉冲拉伸的应力应变曲线(为了清楚地显示出两种曲线的差异，将脉冲曲线沿y轴进行了平移，即真应力之间不具有可比性。)。如图4所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，应力应变曲线变得光滑，PLC效应消失了，很大程度上改善了样品的表面质量。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何等同替换相近材料、设备或调整相关技术参数，都应涵盖在本发明的保护范围之内。