摘要
无取向硅钢是目前产量最大的金属功能材料，广泛用于电机和发电机铁芯制造，其磁性能直接影响到电机效率因而与电能的损耗程度密切相关，提高其磁性能是实现节能降耗及降低碳排放的重要途径。近年来现代产业如新能源汽车及机器人产业等的发展要求无取向硅钢片具有更薄的厚度、更高的磁感应强度、更低的磁各向异性及铁损，但无取向硅钢塑性较差导致生产薄规格易出现边裂而使轧制无法继续进行，且轧制薄规格时轧制力较大使轧机负荷较重，这些问题限制了硅钢片厚度的减薄。改善无取向硅钢的塑性并降低其变形抗力的同时使其具备较好的磁性能已成为当前亟需解决的问题，而传统手段解决这些问题已越来越困难。电流辅助成形能影响材料的微观组织结构并改善其塑性及降低其变形抗力，具有在硅钢生产中应用的巨大潜力，因而研究电流辅助成形对无取向硅钢组织性能的影响及其机理具有重要意义。 本研究以含硅0.5wt.％的无取向硅钢为试验材料，在不同电流密度及冷却条件下进行电流辅助拉伸试验，并进行了静态电流加热试验，对材料进行了金相测试、电子背散射衍射(EBSD)测试及X射线衍射(XRD)测试，研究了电流辅助拉伸对力学性能、磁性能及微观组织结构的影响及其机理。 电流辅助拉伸对力学性能的影响研究显示，与无电流拉伸相比:在自然冷却下电流密度为7.5A/mm2～10A/mm2及水冷却下电流密度为10A/mm2～16A/mm2的电流辅助拉伸中，材料的延伸率得到明显改善，增长最多达64％;电流辅助拉伸中的材料变形抗力显著降低。分析揭示了电流辅助拉伸过程中延伸率及应力降的变化规律，建立了电流辅助拉伸变形的本构关系模型。电流辅助拉伸对磁性能的影响研究表明，与无电流拉伸相比，电流辅助拉伸降低了磁各向异性并提高了磁感应强度，其中磁各向异性降低可达92％而磁感应强度可从1.735T提高到1.751T。在合适的变形条件下，电流辅助拉伸降低了铁损。电流对磁性能的影响在平行于电流的方向明显大于垂直于电流的方向。与无电流拉伸相比，电流辅助拉伸增强了立方织构及高斯织构，其中高斯织构体积分数提高了3.3倍，在合适的变形条件下电流辅助拉伸增强旋转立方织构及θ纤维织构并减弱γ纤维织构。 研究了电流辅助拉伸中微观组织结构的演变及力学性能变化的微观组织机理。微观组织结构的演变研究发现，电流辅助拉伸提高了晶粒尺寸、晶粒轴比、晶界曲率、三叉结曲率及三叉结偏离平衡态的程度，降低了微观缺陷密度及几何必需位错密度。力学性能变化的机理研究揭示:电流辅助拉伸中材料延伸率的变化归因于电流对特殊晶界含量和三叉结分布的影响造成特殊晶界团簇尺寸变化及电流导致晶粒尺寸变化等引起的微裂纹扩展行为的改变，及电流对微观缺陷密度的降低引起微裂纹生成行为的改变;电流辅助拉伸中材料变形抗力的降低归因于晶粒尺寸和晶粒轴比的增大使拉伸方向晶界间距增大，及晶界曲率的增大使晶界迁移能力增强且迁移速率增大，还有三叉结曲率和三叉结偏离平衡态程度的增大使三叉结对塑性变形的阻碍变小。 对电流辅助拉伸中的织构演变及磁性能变化的微观组织机理进行了研究。织构演变研究揭示，高斯织构的显著增强可归因子电流对高斯晶粒的尺寸、高斯晶粒晶界曲率、高斯晶粒中∑3及∑9重位点阵晶界含量、高斯晶粒微观缺陷水平等提高引起的高斯晶粒优先形核及长大。磁性能变化的微观组织机理研究揭示，磁感应强度的提高归因于织构的变化，磁各向异性的减小可归因于织构的变化、微观缺陷密度及几何必需位错密度的降低、变形内应力梯度的减小，部分电流辅助拉伸试样中铁损降低的原因是晶粒尺寸的增大及γ纤维织构的减弱。 本研究证明电流辅助成形可以在合适的变形条件下提高无取向硅钢的塑性并降低其变形抗力，增强其磁感应强度并降低其铁损及磁各向异性。研究为开发更薄更优性能的硅钢提供了新的有效手段，并为电流辅助成形在硅钢生产中的应用提供了理论依据。
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