7050鋁合金H型截面長(zhǎng)軸鍛件成形工藝優(yōu)化及淬火殘余應(yīng)力消除研究.pdf

1、隨著航空航天工業(yè)向輕量化發(fā)展，帶有縱橫內(nèi)筋結(jié)構(gòu)的H型截面鋁合金鍛件得到廣泛的應(yīng)用。這類構(gòu)件由于承載大部分載荷且所處工作環(huán)境極為惡劣，被要求具有較高的尺寸精度、較好的組織流線分布及優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。因此，對(duì)這類鋁合金構(gòu)件的成形工藝、熱處理工藝及后期淬火殘余應(yīng)力消除工藝的研究對(duì)提高該類合金鍛件的性能至關(guān)重要。
　　論文采用熱模擬實(shí)驗(yàn)、熱模鍛生產(chǎn)試驗(yàn)、常溫力學(xué)拉伸、斷裂韌性實(shí)驗(yàn)、顯微組織觀察(OM、SEM)、殘余應(yīng)力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、冷壓實(shí)驗(yàn)

2、及有限元數(shù)值模擬，研究了7050鋁合金H型截面鍛件熱模鍛成形工藝，研究了固溶溫度、淬火介質(zhì)以及淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)7050鋁合金試件中第二相粒子、晶粒結(jié)構(gòu)、材料強(qiáng)度及斷裂韌性的影響，研究了7050鋁合金構(gòu)件在不同淬火工藝下的殘余應(yīng)力大小、分布及規(guī)律，研究了不同模壓工藝對(duì)7050鋁合金構(gòu)件淬火殘余應(yīng)力的影響。相關(guān)結(jié)論如下：
　?、俨捎肎leeble試驗(yàn)機(jī)對(duì)7050鋁合金在溫度300-450℃，應(yīng)變速率為0.01-10s-1條件下對(duì)7050

3、鋁合金進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)，得到了合金不同變形情況下的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。對(duì)熱壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，基于雙曲正弦Arrhenius方程，建立了用Z參數(shù)表示的7050鋁合金本構(gòu)關(guān)系。該本構(gòu)模型為后期的數(shù)值模擬分析奠定理論基礎(chǔ)。
　?、诨陧憫?yīng)面優(yōu)化算法，對(duì)7050鋁合金H型截面鍛件熱模鍛成形工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將優(yōu)化后的工藝參數(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，獲得成形質(zhì)量完好的模鍛件。通過(guò)對(duì)鍛件熱模鍛成形中出現(xiàn)的充填不滿、流線穿流、變形不均勻等缺陷問(wèn)題

4、的形成機(jī)理進(jìn)行分析，結(jié)合數(shù)值模擬與響應(yīng)面法（RSM），對(duì)熱模鍛成形工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到鍛件成形最優(yōu)工藝參數(shù)。
　　③研究和揭示了不同固溶溫度對(duì)7050鋁合金組織和性能的影響。7050鋁合金熱處理過(guò)程中大部分的第二相粒子會(huì)隨著固溶處理的進(jìn)行逐漸的融入到基體中去，隨著固溶溫度的升高，第二相粒子逐漸減少而后趨于穩(wěn)定。然而隨著固溶溫度的升高，晶粒發(fā)生再結(jié)晶的比例也會(huì)增大。因此，隨著固溶溫度升高，合金的強(qiáng)度以及斷裂韌性先升高后降低，在固溶

5、溫度為470 ℃時(shí)達(dá)到峰值，此時(shí)合金的抗拉強(qiáng)度（σb）、屈服強(qiáng)度（σ0.2）以及斷裂韌性（KIC）分別為567MPa、512MPa和37.2MPa·m1/2。
　?、苎芯亢徒沂玖瞬煌慊鸾橘|(zhì)、淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)7050鋁合金組織和性能的影響。不同淬火介質(zhì)、淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)7050鋁合金淬火過(guò)后第二相粒子體積分?jǐn)?shù)有較為明顯的影響，但對(duì)淬火過(guò)后的組織形態(tài)影響不大。四種淬火介質(zhì)中鹽浴淬火工藝下的淬火過(guò)后的鋁合金中的第二相粒子體積分?jǐn)?shù)最小，因而

6、其時(shí)效過(guò)后的力學(xué)性能最好。其次是淬火介質(zhì)為水時(shí)及淬火介質(zhì)為20％PAG溶劑；空冷狀態(tài)下的淬火過(guò)后的鋁合金中的第二相粒子體積分?jǐn)?shù)最大，因而其時(shí)效過(guò)后的力學(xué)性能最差。另外，水淬工藝下，隨著淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間的增加，淬火過(guò)后合金中第二相粒子逐漸增多，時(shí)效后合金的力學(xué)性能逐漸下降。
　?、菅芯亢徒沂玖瞬煌慊鸾橘|(zhì)、淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)7050鋁合金H型截面鍛件淬火后殘余應(yīng)力的影響。鍛件淬火后表層殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力，芯部為壓應(yīng)力。鍛件淬火殘余應(yīng)力主要集中

7、在過(guò)渡圓角區(qū)域，其隨著鍛件筋板的厚度增加而增大。另外，鍛件表面淬火殘余應(yīng)力隨著過(guò)渡圓角的增大而增大；芯部淬火殘余應(yīng)力隨著過(guò)渡圓角的增大反而減小。四種淬火介質(zhì)當(dāng)中，淬火介質(zhì)為空氣時(shí)鍛件淬火殘余應(yīng)力值最小，其次是20% PAG溶劑，水及NaCl溶液下的鍛件淬火殘余應(yīng)力相對(duì)較高。隨著淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間的增大，鍛件截面過(guò)渡圓角區(qū)淬火殘余應(yīng)力值逐漸減小。
　?、扪芯苛瞬煌鋲汗に噷?duì)7050鋁合金H型截面鍛件淬火殘余應(yīng)力的影響。通過(guò)數(shù)值模擬確定先筋