7050鋁合金H型截面長軸鍛件成形工藝優(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提高該類合金鍛件的性能至關(guān)重要。
　　論文采用熱模擬實驗、熱模鍛生產(chǎn)試驗、常溫力學(xué)拉伸、斷裂韌性實驗、顯微組織觀察(OM、SEM)、殘余應(yīng)力檢測實驗、冷壓實驗

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)移時間對7050鋁合金試件中第二相粒子、晶粒結(jié)構(gòu)、材料強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試驗機對7050鋁合金在溫度300-450℃，應(yīng)變速率為0.01-10s-1條件下對7050

3、鋁合金進行熱壓縮試驗，得到了合金不同變形情況下的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線。對熱壓縮實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，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7050鋁合金H型截面鍛件熱模鍛成形工藝參數(shù)進行優(yōu)化，將優(yōu)化后的工藝參數(shù)應(yīng)用到實際生產(chǎn)，獲得成形質(zhì)量完好的模鍛件。通過對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題

4、的形成機理進行分析，結(jié)合數(shù)值模擬與響應(yīng)面法（RSM），對熱模鍛成形工藝參數(shù)進行優(yōu)化，得到鍛件成形最優(yōu)工藝參數(shù)。
　?、垩芯亢徒沂玖瞬煌倘軠囟葘?050鋁合金組織和性能的影響。7050鋁合金熱處理過程中大部分的第二相粒子會隨著固溶處理的進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)晶的比例也會增大。因此，隨著固溶溫度升高，合金的強度以及斷裂韌性先升高后降低，在固溶

5、溫度為470 ℃時達(dá)到峰值，此時合金的抗拉強度（σb）、屈服強度（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)移時間對7050鋁合金組織和性能的影響。不同淬火介質(zhì)、淬火轉(zhuǎn)移時間對7050鋁合金淬火過后第二相粒子體積分?jǐn)?shù)有較為明顯的影響，但對淬火過后的組織形態(tài)影響不大。四種淬火介質(zhì)中鹽浴淬火工藝下的淬火過后的鋁合金中的第二相粒子體積分?jǐn)?shù)最小，因而

6、其時效過后的力學(xué)性能最好。其次是淬火介質(zhì)為水時及淬火介質(zhì)為20％PAG溶劑；空冷狀態(tài)下的淬火過后的鋁合金中的第二相粒子體積分?jǐn)?shù)最大，因而其時效過后的力學(xué)性能最差。另外，水淬工藝下，隨著淬火轉(zhuǎn)移時間的增加，淬火過后合金中第二相粒子逐漸增多，時效后合金的力學(xué)性能逐漸下降。
　?、菅芯亢徒沂玖瞬煌慊鸾橘|(zhì)、淬火轉(zhuǎn)移時間對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)力隨著過渡圓角的增大而增大；芯部淬火殘余應(yīng)力隨著過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)力相對較高。隨著淬火轉(zhuǎn)移時間的增大，鍛件截面過渡圓角區(qū)淬火殘余應(yīng)力值逐漸減小。
　?、扪芯苛瞬煌鋲汗に噷?050鋁合金H型截面鍛件淬火殘余應(yīng)力的影響。通過數(shù)值模擬確定先筋