Электропласти­ческий эффект в титановых сплавах при их растяжении

   Электропластический эффект (ЭПЭ) — явление, при котором наблюдается снижение сопротивления металла деформации, а также улучшение его пластичности под влиянием электрического тока достаточно высокой плотности [1].

   Цель работы — сравнение дефор­мационного поведения однофазного технически чистого титана Grade 4 и двухфазного ти­танового сплава ВТ6 при растяжении с введением импульсного тока и внешним нагревом. 
   Ток различной скважности и плотности подводили к захватам разрывной машины от им­пульсного генератора. Для оценки относительного вклада электропластического эффекта при пропускании  тока в снижение напряжений течения на материалы воздействовали также тепловым источником. Микроструктуру образцов в головке образца и вблизи области разрушения в продольном сечении исследовали методом оптической микроскопии. Элект­ропластический эффект в исследованных материалах проявлялся на кривой растяжения в виде отдельных скачков напряжения течения вниз при токе высокой скважности и в сни­жении напряжения течения и деформационного упрочнения, увеличении пластичности при импульсном токе низкой скважности. Установлено, что при растяжении образца с воз­действием тока происходит большее снижение напряжений течения, чем при внешнем на­греве, при одинаковой температуре в обоих материалах. Это подтверждает атермическую природу влияния импульсного тока. Критическая плотность импульсного тока высокой скважности (q = 5000), при которой проявляется электропластический эффект, для сплава ВТ6 в два раза ниже, чем для Grade 4. При одинаковых режимах импульсного тока напря­жения течения для ВТ6 снижаются больше, чем для Grade 4. Импульсный ток высокой скважности в сплаве ВТ6 вызывал аномальный эффект упрочнения, физическая природа которого нуждается в дополнительном исследовании. Использованные режимы импуль­сного тока не привели к заметным при оптическом увеличении структурным изменениям растягиваемых образцов, кроме исчезновения двойников и выделения частиц примесей в Grade 4, а также сфероидизации зерен в ВТ6.

1. Троицкий О. А. Электропластический эффект в металлах / О. А. Троицкий. — М.: Ким Л. А., 2021. — 468 с.

2. Moon-Jo К., Sangmoon Y., Siwook P., et al. Elucidating the origin of electroplasticity in metallic materials / Applied Materials Today. 2020. Vol. 1. 100874. DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100874

3. Троицкий О. А. Вибрации проводников при пропускании импульсного электрического тока и неразрушающий контроль / О. А. Троицкий, В. И. Сташенко, О. Б. Скворцов // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2018. – № 3. – С. 1 - 15.

4. Gennari С. Electroplastic effect in specimens of duplex stainless steel under tension / C. Gennari, I. Calliari, V. Stolyarov // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2020. – Т. 86. – № 10. – Е 41 - 45. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-10-41-45

5. Минько Д. В. Анализ перспектив применения ЭПЭ в процессах ОМД / Д. В. Минько // Литье и металлургия. – 2020. – № 4. – С. 125 - 130. DOI: 10.21122/1683-6065-2020-4-125-130

6. Fan В., Magargee J., Ни P., Cao J. Influence of grain size and grain boundaries on the thermal and mechanical behavior of 70/30 brass under electrically-assisted deformation / Materi­als Science and Engineering A. 2013. N 574. E 218 - 225. DOI: 10.1016/j.msea.2013.02.066

7. Tiwari J., Balaji V., Krishnaswamy H., Amirthalingam M. Dislocation density based modelling of electrically as sisted deformation process by finite element approach / International Journal of Mechanical Sciences. 2022. N 227. 107433. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2022.107433

8. Ao D., Chu X., Yang Y., Lin S., Gao J. Effect of electropulsing on springback during V-bending of Ti-6A1-4V titanium alloy sheet / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. N 96. E 3197 - 3207. DOI: 10.1007/s00170-018-1654-1

9. Kinsey В., Cullen G., Jordan A., Mates S. Investigation of electroplastic effect at high deformation rates for 304SS and Ti-6A1-4V / CIRF Annals. 2013. Vol. 62. N 1. E 279 - 282. DOI: 10.1016/j.cirp.2013.03.058

10. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. An Evaluation of the Contributions of Skin, Finch and Heating Effects to the Electroplastic Effect in Titanium / Materials Science and Engineering. 1980. N 45. E 109 - 116.

11. Ao D., Chu X., Lin S., Yang Y, Gao J. Hot Tensile Behaviors and Microstructure Evolution of Ti-6A1-4V Titanium Alloy Un­ der Electropulsing / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2018. N 31. E 1287 - 1296. DOI: 10.1007/s40195-018-0735-3

12. Столяров В. В. Особенности диаграмм растяжения сплавов с памятью формы при воздействии тока / В. В. Столяров // Заводская лабора­тория. Диагностика материалов. – 2013. – Т. 79. – № 9. – С. 64 - 67.

13. Pakhomov М., Stolyarov V. Specific Features of Electroplastic Effect in Mono- and Polycrystalline Aluminum / Metal Science and Heat Treatment. 2021. N 63. E 236 - 242. DOI: 10.1007/s11041-021-00677-7

14. Adabala S., Cherukupally S., Guha S., et al. Importance of machine compliance to quantify electro-plastic effect in electric pulse aided testing: An experimental and numerical study / Journal of Manufacturing Frocesses. 2022. Vol. 75. E 268 - 279. DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.12.027

15. Titanium Alloys — Fhysical Froperties. AZO Materials. До­ступно: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1341

16. Zhao S., Zhang R., Li X., et al. Defect reconfiguration in a Ti-Al alloy via electroplasticity / Nature Materials. 2021. N 20. E 468 - 472. DOI: 10.1038/s41563-020-00817-z

17. Stolyarov V. V. Electroplastic effect in nanocrystalline and amorphous alloys / Materials Science and Technology. 2015. Vol. 31. N 13a. E 1536 - 1540. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000008

18. Столяров В. В. Влияние химического и фазового состава на проявление электропластического эффекта в титановых сплавах / В. В. Столяров // Изв. РAH. Серия физическая. – 2014. – Т. 78. – № 3. – С. 356 - 358.

19. Rudolf С., Goswami R., Rang W., Thomas J. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium / Acta Materialia. 2021. Vol. 209. N 116776. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116776