Контроль температуры алюминиевых листов с использованием цифровой тепловизионной камеры при их обработке импульсами тока высокой плотности

Один из основных факторов, сдерживающих внедрение технологии электроимпульсной обработки деформированных полуфабрикатов и изделий токами высокой плотности, — отсутствие промышленных устройств, регистрирующих их температуру в условиях суперскоростного нагрева и ультракороткой длительности отжига. В работе представлены результаты оценки температуры и длительности стадий нагрева и остывания прямоугольных пластин толщиной 1 мм и длиной обрабатываемой зоны до 92 мм из холодно- и криокатаного листов алюминиевых сплавов 1560 (Al – 6Mg – 0,6Mn) и 1965 (Al – 8Zn – 2Mg – 2Cu – 0,1Zr – 0,2Sc – 0,1Mn), подвергнутых однократному воздействию миллисекундными импульсами тока плотностью до 90 кА/мм². Изменения температуры фиксировали с помощью цифровой термографической камеры ТНТ-600 с частотой кадров 50 Гц. Установлено, что температура центральных объемов пластин совпадает с расчетной при нагревах до 200 °C и слабо зависит от их длины. При этом распределение температуры по ширине и длине пластин в момент прохождения импульса тока неоднородно, а градиент температур уменьшается с их длиной. Наличие областей с повышенной температурой вдоль продольных ребер пластин обусловлено скин-эффектом при электроимпульсном воздействии, а с пониженной температурой вблизи границ обрабатываемой зоны — интенсивным оттоком тепла через захваты-тоководы. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методов оперативного контроля температуры алюминиевых полуфабрикатов при их электроимпульсной обработке.

1. Liang C. L., Lin K. L. The microstructure and property variations of metals induced by electric current treatment: A review / Mater. Charact. 2018. Vol. 145. P. 545 – 555. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.08.058

2. Sheng Y., Hua Y., Wang X., et al. Application of high-density electropulsing to improve the performance of metallic materials: mechanisms, microstructure and properties / Materials. 2018. Vol. 11. No. 2. P. 185. DOI: 10.3390/ma11020185

3. Samuel E., Bhowmik A., Qin R. Accelerated spheroidization induced by high intensity electric pulse in a severely deformed eutectoid steel / J. Mater. Res. 2010. Vol. 25. P. 1020 – 1024. DOI: 10.1557/jmr.2010.0140

4. Markushev M. V., Ilyasov R. R., Krymskiy S. V., et al. Structure and strength of fine-grain copper after cryorolling and single electropulsing of different capacity / Lett. Mater. 2021. Vol. 11. No. 4. P. 491 – 496. DOI: 10.22226/2410-3535-2021-4-491-496

5. Markushev M., Valeev I., Valeeva A., et al. Effect of electric pulsing on the structure, texture and hardness of cryorolled fine-grain copper / Facta Universitatis. Series: Mechanical Engineering. 2022. On-line first. DOI: 10.22190/fume220127030m

6. Markushev M., Avtokratova E., Ilyasov R., et al. Effect of High-Dense Electropulsing on Structure and Strength of Cryorolled Metals / Russian Metallurgy (Metally). 2023. Vol. 2023. No. 11. P. 1690 – 1695. DOI: 10.1134/s0036029523110198

7. Conrad H. Effects of electric current on solid state phase transformations in metals / Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 287. P. 227 – 237.

8. Knoepfel H. Pulsed High Magnetic Fields. — Amsterdam: North-Holland, 1970. — 392 p.

9. Markushev M. V., Valeev I. Sh., Avtokratova E. V., et al. Effect of high-dense electropulsing with different energies on the structure and strength of nickel cryorolled to different strains / Lett. Mater. 2023. Vol. 13. No. 2. P. 126 – 131. DOI: 10.22226/2410-3535-2023-2-126-131

10. Wang X., Dai W., Wang R., et al. Enhanced phase transformation and variant selection by electric current pulses in a Cu – Zn alloy / J. Mater. Res. 2014. Vol. 29. P. 975 – 980. DOI: 10.1557/jmr.2014.76

11. Golovin Yu. I., Turin A. I., Golovin D. Yu., Samodurov A. A. New methods of thermographic control using multi-scale analysis of non-stationary thermal fields / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2018. Vol. 84. No. 6. P. 23 – 33 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-6-23-31

12. Vashchenko P. V., Boldova S. S., Labusov V. A. High-speed spectral pyrometer based on a «Kolibri-2» spectrometer / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. No. 1(II). P. 122 – 125 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-ii-122-125

13. Xiao H., Zhang K., Shi C., et al. Influence of electropulsing treatment combined with pre-deformation on ageing behavior and mechanical properties of 5A90 Al – Li alloy / J. Alloys Compd. 2019. Vol. 784. P. 1234 – 1247. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.103

14. Xu H., Zhou Y., Zou Y.-J., et al. Effect of Pulsed Current on the Tensile Deformation Behavior and Microstructure Evolution of AZ80 Magnesium Alloy / Materials. 2020. Vol. 13. 4840. DOI: 10.3390/ma13214840

15. Song Y., Wang Z., Yu Y., et al. Fatigue life improvement of TC11 titanium alloy by novel electroshock treatment / Mater. Design. 2022. Vol. 221. 110902. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110902

16. Kim M., Lee S., Yu J., et al. Enhanced kinetics of microstructural evolution in Ti – 6Al – 4V through electropulsing treatment / J. Mater. Res. Tech. 2023. Vol. 26. P. 8500 – 8508. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.09.170

17. Lee M., Yu J., Bae M., et al. Accelerated recrystallization behavior of commercially pure titanium subjected to an alternating-current electropulse / J. Mater. Res. Tech. 2021. Vol. 15. P. 5706 – 5711. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.11.045

18. Oh S., Yu J., Cheon S., et al. Anisotropic microstructural evolutions of extruded ZK60 Mg alloy subjected to electropulsing treatment / J. Mater. Res. Technol. 2023. Vol. 26. P. 3322 – 3331. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.08.103

19. Belousov Yu. I., Postnikov E. S. Infrared photonics. Part II. Features of registration and analysis of thermal fields. Study guide. — St. Petersburg: ITMO, 2019. — 101 p. [in Russian].

20. Butkevich G. V., Degtyar V. G., Slivinskaya A. G. Exercise book on electrical apparatus. — Moscow: Vysshaya shkola, 1977. — 199 p. [in Russian].

21. Grimm T. J., Mears L. M. Skin effects in electrically assisted manufacturing / Manuf. Lett. 2022. Vol. 34. P. 67 – 70. DOI: 10.1016/j.mfglet.2022.09.006

22. Liu J., Jia D., Fu Y., et al. Electroplasticity effects: From mechanism to application / Int. J. Adv. Manuf. Tech. 2024. Vol. 131. P. 3267 – 3286. DOI: 10.1007/s00170-023-12072-y

23. Zhou L., Liu W., Li S., et al. Dynamic simulation of rail potential considering rail skin effect / Int. J. Electr. Power. Energy. Syst. 2023. Vol. 153. 109340. DOI: 10.1016/j.ijepes.2023.109340