[发明专利]一种电磁力室温循环强化铝合金构件的方法及其装置

说明书

本发明涉及金属材料加工工程技术领域，具体涉及一种电磁力室温循环强化铝合金构件的方法及其装置。该方法具体包括以下步骤：将铝合金构件置于磁场中，并在所述铝合金构件的上下方分别设置线圈；向所述线圈中通入交变电流对铝合金构件进行循环强化，所述循环频率为0.01‑500Hz，循环次数为10‑10⁴次。该方法通过电磁力的作用，促使铝合金构件在室温条件下产生均匀分布的细小析出相，改善材料晶界偏析的影响，提高构件力学性能。

技术领域

本发明涉及金属材料加工工程技术领域，具体涉及一种电磁力室温循环强化铝合金构件的方法及其装置。

背景技术

铝及铝合金具有密度小、耐蚀性高、导电导热性能好等许多优点，广泛用于航空航天和轨道交通等领域。近年来，随着航空航天大型构件不断向轻量化，长寿命，高可靠性方向发展，服役性能也逐渐地趋于极端化，因此对构件的性能提出了很高的要求。大型铝合金整体构件在实际应用时通常受交变应力影响，而交变应力本质上是循环应力，会导致构件发生疲劳失效。据估计，80％的工程合金构件失效是由于疲劳引起，缩短构件的服役寿命，因此考虑材料的抗疲劳失效能力是至关重要。相比于钢材等其他金属结构材料，铝合金构件的疲劳性能相对较差，限制了铝合金构件的使用范围。尽管通过时效析出强化等方法调控铝合金的微观结构从而提高材料的性能，但铝合金构件疲劳强度的提高却不显著。

传统提升铝合金构件强度的方法：构件成形后在一定温度下进行时效处理、淬火，以获得较高的强度。经过热处理的铝合金构件中形成了大量的纳米尺度的硬化颗粒，从而提升铝合金构件的性能。但是这种强化方法存在不少的问题。首先铝合金构件成形后产品的最终形状固定，此后再进行高温时效、淬火时，复杂的铝合金构件表面温度不均匀性会引起热应力，而且构件心部也会由于淬火敏感性导致性能无法满足使用要求。其次，高温时效、淬火会使铝合金构件容易发生变形甚至开裂，从而造成铝合金构件的成品率和质量降低，制造成本升高。同时使用传统方法制备的铝合金构件跟钢材等其他金属结构材料相比，力学性能尤其是疲劳强度仍然相对较差，这阻碍了铝合金作为一种轻量化材料的应用范围。以上因素限制了高性能铝合金构件在实际的工业化的应用。若铝合金复杂构件能在较低温度条件下进行强化，不仅可以减少因热处理造成的开裂、失效等负面效应，也会降低铝合金构件的制造成本，能够实现复杂铝合金构件的大规模生产，对铝合金实际制造具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种电磁力室温循环强化铝合金构件的方法，通过将铝合金构件放置于磁场中，并通过控制线圈电流和磁场变化来调控电磁力载荷，从而对铝合金构件时间循环交变电磁力荷载，诱发铝合金构件的室温条件下动态析出均匀分布的细小析出相，强化构件在室温条件下的机械性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电磁力室温循环强化铝合金构件的方法，具体包括以下步骤：

S1:将铝合金构件置于磁场中，并在所述铝合金构件的上下方分别设置线圈；

S2:向所述线圈中通入交变电流对铝合金构件进行循环强化，所述循环频率为0.01-500Hz，循环次数为10-10⁴次。

进一步的，所述循环强化过程温度为10-50℃。

进一步的，所述磁场有永磁材料或通电导线产生。

进一步的，所述线圈的轴线方向与所述铝合金构件电磁力方向平行。

进一步的，所述上下线圈对称分布在所述铝合金构件两侧，所述向上下线圈通入的电流大小相同，方向相反，所述线圈的交变电流幅值I_1max为0.01mA-100A。

进一步的，所述铝合金构件受到的电磁应力随循环强化的进行逐渐增加，幅值为2-100MPa，应力比为-1。

基于同一发明构思的，本发明还提供了一种电磁力室温循环强化铝合金构件装置，所述装置具体包括铝合金构件夹具、导线、通电线圈、线圈夹具和支撑结构；