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电塑性效应中金属流动应力的理论及实验研究，硕士学位论文，共116页。
摘要
电流所导致的金属在塑性变形过程中变形抗力下降，延伸率增加的现象被称为金属的电塑性效应。利用电塑性效应可大幅度地降低金属的加工硬化速率，减免常规塑性加工工艺中必须采用的软化退火、酸洗等工序，改善产品表面质量，提高成材率，电塑性效应有望在轧制、辊压、冷拔等金属的塑性加工中得到广泛的应用。
但是，迄今为止人们对于金属电塑性效应的作用机理还不十分清楚，电塑性加工过程的理论分析和计算已经成为该技术推广的瓶颈。目前，国内外许多学者都在对金属的电塑性效应进行深入的研究，一旦能够在生产中应用电塑性效应，必将大大提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，这对于工业生产意义十分重大。因此，开展这方面的探索性工作对于加深电塑性效应的认识，促进相关工艺技术的发展和有效应用有着很强的理论意义。
本文从位错滑移动力学、自由电子理论和量子理论三个方面深入研究电流导致金属流动应力降低的机理问题。以定向漂移的电子引起金属位错滑移所需激活能发生变化为出发点，研究定向漂移的电子与位错之间的能量交换量。基于位错热激活滑移速率公式，推导了电流作用下金属应变速率变化量的理论计算公式，得出了电流导致金属流动应力降低现象的本质为电流对金属的应变速率产生了影响的论断。
利用实验数据回归了金属铜丝无电拉伸条件下的塑性变形过程的本构方程，综合考虑电流对该方程中应变速率和温度的影响，得出了金属铜丝电塑性拉伸条件下流动应力的理论计算公式，依据理论计算公式分析得出了电塑性效应中电流参数和物理参数对金属流动应力的影响规律。为了验证理论推导结果的准确性，进行了金属丝材的电塑性拉伸实验，将实验结果与理论计算结果进行了对比分析。本文的研究结果不仅为定量地分析电塑性效应中金属的流动应力提供了方法，而且为电塑性效应的工程应用奠定了理论基础。
本文依据金属电塑性加工过程的实际需要，自行研制了脉冲电流发生装置，该装置采用了性能好、功率大的 GTR 模块控制电流回路的开启，利用多位波段开关控制并联的多路电路，从而在回路中实现了更大功率的脉冲电流。超低频示波器对脉冲电源输出电流的实测波形显示，该脉冲电流具有电流峰值大、波形好的特点，更好地满足了电塑性加工和理论研究对电源装置的要求。
在电塑性效应机理研究的基础上，结合丝材带模拉拔的实际生产过程，建立金属丝材电塑性拉拔成型过程的数学模型，通过理论求解的方法对金属的电塑性拉拔变形过程进行了力学分析。最后，实验研究铜丝的电塑性拉拔过程，并将实验研究结果与理论计算结果进行了对比分析。
关键词：电塑性效应；热激活；位错；脉冲电流；流动应力；电拉拔

目 录
摘 要I
ABSTRACT III
第 1 章 绪 论1
1.1 引言 1
1.2 金属电塑性效应研究的发展历史及现状 2
1.2.1 金属电塑性效应的研究进展 2
1.2.2 金属电塑性效应工程应用的研究现状 7
1.2.3 电流导致金属流动应力下降的机理 10
1.3 课题来源、研究内容及意义 14
第 2 章 基于位错滑移理论的电塑性效应研究 17
2.1 引言 17
2.2 基于位错滑移机制的塑性变形过程 18
2.3 位错滑移的热激活过程 20
2.4 电流对位错滑移热激活过程的影响 24
2.5 电塑性效应中应变速率变化量的算例 26
2.6 公式的分析与讨论 27
2.7 本章小结 28
第 3 章 基于自由电子理论的电塑性效应研究 29
3.1 引言 29
3.2 电流的自由电子理论概述 29
3.3 电流对位错滑移热激活过程的影响 31
3.4 电塑性效应中应变速率变化量的算例 32
3.5 公式的分析与讨论 33
3.6 本章小结 34
第 4 章 基于量子理论的电塑性效应研究 35
4.1 引言 35
4.2 金属电子的量子论 35
4.2.1 电子的能量状态 36
4.2.2 绝对零度下的电子能量状态 37
4.2.3 温度对电子能量状态的影响 37
4.3 量子导电理论 41
4.4 电流作用下位错激活能的改变量 44 目 录
4.5 电塑性效应中应变速率变化量的算例 45
4.6 公式的分析与讨论 46
4.7 本章小结 48
第 5 章 铜丝电塑性拉伸过程的本构方程及实验研究 50
5.1 引言 50
5.2 铜丝无电拉伸过程本构方程的建立 50
5.2.1 实验数据的回归分析 52
5.2.2 回归方程的显著性检验 58
5.3 铜丝电塑性拉伸过程流动应力的计算方程式 60
5.4 金属电塑性拉伸的实验研究 61
5.4.1 电塑性实验装置及原理 61
5.4.2 脉冲电源的研制 62
5.4.3 微力试验机和数据采集系统 64
5.4.4 电流参数检测装置 65
5.4.5 实验材料 65
5.4.6 丝材横截面积的计算 65
5.4.7 电流对试样温度的影响 66
5.4.8 电塑性拉伸实验过程及结果 67
5.5 电塑性拉伸的理论计算及验证 72
5.5.1 电塑性拉伸应力的理论计算及分析 72
5.5.2 理论计算与实验结果的对比分析 74
5.6 本章小结 76
第 6 章 金属电塑性拉拔过程的力学分析及实验研究 77
6.1 引言 77
6.2 解析法研究铜丝拉拔的塑性成形过程 77
6.2.1 球坐标下拉拔过程的数学模型 78
6.2.2 球面环素表面作用力沿拉拔方向的分解 79
6.2.3 拉拔模出口处应力的求解 82
6.3 铜丝电塑性拉拔过程的实验研究 85
6.3.1 电塑性拉拔的加电装置 86
6.3.2 丝材拉拔力的测量 87
6.3.3 电塑性拔丝的电参数设定 88
6.4 实验过程及结果分析 89
6.5 本章小结 91
结 论 92
参考文献 94
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 102
致 谢 104
作者简介 105