АНОМАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ УПРОЧНЕНИЯ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ, СОПРОВОЖДАЕМОМ ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ

Работа посвящена изучению внешних воздействий на деформационное поведение металлических материалов. На основе литературных источников кратко рассмотрены эффекты, сопровождающие прохождение импульсного тока и связанные с ними структурные изменения в металлах и сплавах. Особая роль во вкладе каждого эффекта принадлежит виду (постоянный, импульсный) и режимам (плотность, скважность) тока, а также природе материала. Представлены результаты собственных исследований взаимодействия импульсного тока большой скважности (Q ≥ 10³) и пластической деформации квазистатическим растяжением в материалах разной физической природы: чистые металлы (титан и алюминий), сплавы c памятью формы TiNi с обратимым мартенситным превращением (стехиометрического и застехиометрического составов), феррито-перлитная (Ст3) и нержавеющая аустенитная (0Х18Н10Т) стали. Используется импульсный ток плотностью выше критической и большой скважности, позволяющий наблюдать электропластический эффект в виде скачков напряжения при минимальном тепловом эффекте. В отличие от известного классического проявления электропластического эффекта в виде снижения напряжений течения и повышения пластичности демонстрируется проявление аномального упрочнения от нескольких десятков до сотен МПа. Предполагается, что причинами видимых эффектов являются внешние и внутренние факторы: высокая скважность тока, термомеханическое циклирование, смена дислокационного механизма деформации, мартенситное превращение, измельчение структуры, растворение частиц избыточных фаз. При снижении скважности (повышении частоты импульсного тока до 10³ Гц) и переходе от одиночных импульсов тока к многоимпульсному току эффекты упрочнения на этих же материалах исчезают и заменяются традиционным снижением напряжений течения из-за теплового эффекта тока.

1. Troitskii O.A. Electromechanical effect in metals // JETP Letters. 1969. No. 1. P. 18–22.

2. Электростимулированная пластичность метал-лов и сплавов / В.Е. Громов, Л.Б. Зуев, Э.В. Коз-лов, В.Я. Целлермаер. М.: Недра, 1996. 280 с.

3. Conrad H. Effects of electric current on solid-state phase transformation in metals // Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 287. No. 227. P. 276–287.

4. Perkins T.A., Kronenberger T.J., Roth J.T. Metallic Forging Using Electrical Flow as an Alternative to Warm/Hot Working // J. of Manufact. Sci. Eng. 2007. Vol. 129. P. 84–94.

5. Salandro W.A., Bunget C., Mears L. Modeling and quantification of the electroplastic effect when bending stainless steel sheet metal. In: ASME 2010 Con-ference. 2010. Article 34043.

6. Chun X.U., Ya-Nan L.I., Rao X.H. Effect of electropulsing rolling on mechanical properties and microstructure of AZ31 magnesium alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014. Vol. 24. P. 3777–3784.

7. Zhou Y., Chen G.Q., Fu X.S., Zhou W.L. Effect of electropulsing on deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy during cold drawing // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014. Vol. 24. P. 1012–1021.

8. Коновалов С.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф. Влияние электромагнитных полей и токов на пластическую деформацию металлов и сплавов. Новокузнецк, 2013. 293 с.

9. Lee T., Magargee J., Ng M.K., Cao J. Constitutive analysis of electrically assisted tensile deformation of CP-Ti based on non-uniform thermal expansion, plastic softening and dynamic strain aging // Inter. Journal of Plasticity. 2017. Vol. 94. P. 44–56.

10. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. Ad-ditional results on the electroplastic effect in metals // Scr. Metall. 1979. Vol. 13. P. 277–280.

11. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. An Evaluation of the Contributions of Skin, Pinch and Heating Effects to the Elec-troplastic Effect in Titanium // Mater. Sci. Eng. 1980. Vol. 45. P. 109–116.

12. Rudolf C., Goswami R., Kang W., Thomas J. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium // Act. Mater. 2021. Vol. 209. Article 116776.

13. Stolyarov V. Deformation behavior at rolling and tension under current in TiNi alloy. In: ESOMAT 2009. Article 06033.

14. Zhao S., Zhang R., Chong Y., et al. Defect reconfiguration in a Ti–Al alloy via Electroplas

15. ticity // Nat. Mater. 2021. Vol. 20. P. 468–472.

16. Zhou Y., Zhang W., Wang B., He G., Guo J. Grain refinement and formation of ultrafine-grained micro-structure in a low-carbon steel under electropulsing // J. Mater. Res. 2002. Vol. 17. P. 2105–2111.

17. Rahnama A., Qin R.S. Electropulse-induced microstructural evolution in a ferritic-pearlitic 0.14 % C steel // Scr. Mater. 2015. Vol. 96. P. 17–20.

18. Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А., Денисов А.А., Гасанов М.Ф. Исследование механизмов подавления прерывистой деформации электрическим током // Кристаллография. 2015. /Т. 60. № 6. С. 938–949.

19. Qin R.S., Rahnama A., Lu W.J., Zhang X.F., Elliott-Bowman B. Electropulsed steels // Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30. P. 1040–1044.

20. Gennari C., Pezzato L., Simonetto E., Gobbo R., Forzan M., Calliari I. Investigation of Electroplastic Effect on Four Grades of Duplex Stainless Steels // Materials. 2019. Vol. 12. Article 1911.