苏联科学院理化研究所于1962年发现电流能直接产生力,作用于材料,并使材料易于变形。这种现象被称为电塑性效应。这种效应的实质是,当电流通过金属时,金属内部产生了电子流,提高了金属塑性,从而降低了金属的变形阻力。利用这种现象可以不需要对材料专门加热,就可以进行加工。
不久之前,理化研究所又发现一种现象,称为电变形效应,按其实质来说,它与电塑性效应相反。电变形效应的现象是:在金属快速变形时,在金属内部产生了电变形电流(金属本身的电流)。因为在金属内部运动的变形区域和局部位错,吸引了电子,同时就产生了电流(这时并没有造成电位差)。
电变形效应的发现,进一步巩固了电塑性效应的理论。假如金属中的自由电子运动没有受到任何外力的作用,那么自由电子就作用于位错。此时电子吸收了位错弹性波的能量,同时也遏制了它们的运动。但是在材料快速变形时,位错吸引住电子,结果就产生了特殊的电变形电流,这就是电变形效应的机理。
假如自由电子受到外加的电场或快速粒子流的影响而按一定方向运动时,则出现另一种情况。由于电子能量传递给位错,从而使位错弹性波的吸收发生了变化。必须指出,这种现象只有在电子速度超过位错弹性波的相速度时才发生。因此,利用电流或者带电粒子束可以加速位错运动,从而有助于金属冷塑性变形。这时在金属内产生的应力与电流密度成线性关系。
关于金属内的应力以及与之相应的变形同电流密度之间的线性变化关系,早在1969年作锌晶体试验时就已经证实过。但是当时所采用的试验方法与加热温度有关,因此所测得的晶体特性本身就同晶格加热温度成线性关系。结果,不可能把所研究的效应同焦耳 - 楞次效应完全分开。需要一种新方法,在完全隔开电流的非热作用之后,能够明确地找到金属性能变化的原因。
在探寻这种原因所进行的试验中,还决定研究电的极性对金属塑性变形的影响。为此,于1976年进行了第一次试验。试验结果证明,变形阻力减小和电流密度确实存在着线性关系,同时确定了电流极性对金属塑性变形的影响,其最佳效果发生在电子运动方向和变形区域运动方向一致时。
在试验过程中,对于所研究的电变形效应的快速变形特点也得到证实。当变形区域的运动速度超过该电流密度的电子流速度时,电流作用极性消失。
通过多次试验后,关于电塑性效应的论点得到了实践证明。后来,类似的试验也曾在西伯利亚冶金研究所、哈尔科夫国立高尔基大学以及在国外进行研究。试验结果都证实,电流作用极性对金属塑性的影响。
在实际生产中利用电塑性效应的可能性,引起了金属压力加工的工程师和工艺师们极大的兴趣。现在已经根据电变形效应的原理制造了新型的拉丝机和轧机,并且已用新工作原理的机器生产了产品。
对技术要求高的重要金属和合金进行拉拔和轧制过程中,金属材料须处在接近屈服极限的应力之下,以使电流能对材料产生激烈的塑性变形。大密度电流在通过轧机或拉丝机上的金属材料变形区时,增强了机器的工作效率。
金属材料轧制新工艺的试验,在七十年代初就曾进行,并取得卓越成就。现在已经用新工艺生产了数千米铜丝及钨丝和钨片。由于铜和钨的导电率很高,因此在实际生产过程中,铜和钨是利用电塑性效应最佳材料。用电塑性效应生产的铜丝,它的电阻较小,这 为生产较轻的高频电缆,开拓了发展道路。
在拉丝机和轧机上采用电变形效应新工艺后,生产节奏提高了,而其消耗费用并不大。 据估计,一个车间采用新工艺后,每年创造的经济效益约在百万卢布以上。
在科学家实验室里产生的电塑性效应,在近几年的发展中,不仅在理论上得到新的证实,而且进入了实际生产阶段。电塑性效应很可能发展为优质高产压力加工的基础。
[Прuроòα1985年No5]