2A14鋁合金蠕變校形工藝數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、由于航空航天技術(shù)領(lǐng)域?qū)軜?gòu)件形位精度要求較高，在對工件進行校形的過程中為了保證工件的尺寸穩(wěn)定性，必須降低工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。蠕變校形的工藝方法可以在較小的反變形量和較低的應(yīng)力下對工件進行校形，同時降低工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。
　　在蠕變校形工藝過程中，對工件加載使其產(chǎn)生變形，并在高溫下發(fā)生應(yīng)力松弛，由于預(yù)變性量小，加載應(yīng)力小，材料內(nèi)部的一部分彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形后，仍會殘留大量的彈性變形，這部分變形在卸載后會發(fā)生彈性恢復(fù)，形成回彈

2、。對蠕變校形技術(shù)的設(shè)計主要是對工件的回彈進行預(yù)測和控制，這也一直是困擾蠕變校形技術(shù)發(fā)展的一個難題。利用有限元方法建立蠕變校形過程的有限元模型，對蠕變校形進行工藝設(shè)計，是解決這一問題的有效手段。
　　本文通過對人工時效態(tài)的2A14鋁合金進行系列的蠕變試驗，研究了蠕變溫度和蠕變應(yīng)力對其蠕變行為的影響，溫度一定時蠕變應(yīng)力的對數(shù)與蠕變應(yīng)變速率對數(shù)成正比，其斜率為應(yīng)力指數(shù)n，本文得到2A14-T6鋁合金在140℃到200℃的溫度范圍內(nèi)的應(yīng)力

3、指數(shù)n值在2~4之間，表明蠕變的變形方式為位錯粘性滑移。溫度對蠕變的影響可以用阿倫紐斯方程描述，對于相同蠕變應(yīng)力，蠕變速率的對數(shù)與溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系，通過對阿倫紐斯方程的計算得到2A14-T6鋁合金在180MPa的蠕變應(yīng)力下，蠕變的表觀激活能計算值為93kJ/mol，與鋁合金晶界擴散激活能相近，說明蠕變變形中的擴散途徑為晶界擴散。通過對蠕變曲線的分析計算，建立了2A14-T6鋁合金在不同溫度下的蠕變本構(gòu)方程。并通過建立以這個本構(gòu)方程為

4、基礎(chǔ)的拉伸蠕變試驗的有限元模型，對比了模擬結(jié)果與蠕變實驗的蠕變應(yīng)變結(jié)果的誤差最大為10.5％，而絕對誤差僅為4.7×10-4，說明得到的本構(gòu)方程能夠準(zhǔn)確描述2A14-T6鋁合金的蠕變行為。
　　在蠕變本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，本文建立了模擬蠕變校形工藝的有限元模型，結(jié)合測量得到的蠕變校形過程的升溫曲線，建立了溫度場有限元模型。為了驗證模型的正確性，本文對3mm厚人工時效態(tài)2A14鋁合金板材進行了不同溫度和保溫時間下的蠕變成形試驗。通過測量

5、成形回彈后板材的曲率半徑和表面應(yīng)力，實現(xiàn)模型對回彈率的模擬誤差可以控制在15%以下。通過對不同工藝參數(shù)蠕變成形板材EBSD晶粒取向差統(tǒng)計分析，研究了蠕變成形過程中板材的變形機制，發(fā)現(xiàn)成形初期的應(yīng)力快速松弛階段的變形機制為位錯的粘性滑移，而在后期應(yīng)力松弛明顯減慢，變形機制為晶界擴散蠕變，并存在位錯的動態(tài)回復(fù)。
　　最后，對0曲率2A14鋁合金板材蠕變校形到2000mm曲率半徑的校形進行工藝設(shè)計，并進行了實驗驗證，設(shè)計偏差為10.25