7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC.Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火-压缩工艺进行了数值仿真,获得了毛坯残余应力分布趋势;应用X射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布,提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法,通过最小二乘法（LSM）拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数,并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正,获得了实际毛坯的残余应力分布;由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合,为应力修正提供了物理基础;相对于未修正的应力分布,基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50%;7085-T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头加工变形的主要因素。     

铝合金厚板淬火残余应力的有限元模拟及其对加工变形的影响

航空整体结构件在加工过程中容易发生较大变形。为了研究毛坯的初始残余应力对整体结构件加工变形的影响,采用准耦合方法,利用有限元软件ABAQUS模拟7075铝合金毛坯的淬火过程,研究该过程中温度的变化和残余应力的分布规律,并在含有淬火残余应力的毛坯上进行材料去除模拟。结果表明,模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似,从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素,同时验证了准耦合淬火模拟的有效性。     

T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析

运用ABAQUS有限元软件建立了T型航空7050铝合金构件淬火残余应力模型,得到了构件在淬火过程中的冷却曲线和不同部位的残余应力分布规律.结果表明:T型构件无论是肋部位还是腹板部位在淬火过程中均呈现出表面压应力,芯部拉应力的整体分布规律.但由于零件的复杂性,肋部位的塑性应变相对集中,导致其无论是表面还是芯部,产生的淬火残余应力均大于腹板部位的残余应力,且在整个淬火过程中分布规律相对复杂.     

2324铝合金厚板内部残余应力分布特征及其影响

 采用了新改进的宏观应力释放法测定 2 32 4铝合金厚板内部残余应力,比较了 T39和淬火状态厚板残余应力分布特点,分析其成因,探讨了 T39状态特殊残余应力分布的成因及对加工性能的影响。结果表明 :T39状态残余应力分布特点为中心受压,与淬火态相反,且应力水平比淬火态低一个数量级,这导致了切削加工中特别的变形     

铝合金剪切旋压残余应力分布规律

研究了剪切旋压加热温度、进给率和半锥角对残余应力分布的影响规律.试验结果表明:旋压进给比增大,残余压应力减小;适宜的旋压变形温度范围有利于降低工件表面残余应力;半锥角对工件表面残余应力的影响不显著,5A06铝合金旋压适宜采用30°～45°的半锥角.     

航空薄壁回转体零件热处理残余应力的建模与仿真

航空薄壁回转体零件由于自身结构的特殊性,使得残余应力对其变形和精度稳定性有着很大的影响.采用热弹塑性有限元模型对薄壁回转体铝合金零件的热处理过程进行建模和仿真,运用有限元软件,对2A12铝合金薄壁回转体零件热处理过程瞬态温度场和应力场进行模拟,分析了热处理各个阶段的应力分布形态,并进行实验验证,数值模拟得到的残余应力值与实验结果基本一致.     

航空高强度铝合金残余应力的抑制与消除

从残余应力的产生和释放两个方面 ,讨论了抑制与消除铝合金中残余应力的若干技术与方法。首先 ,从尽量减少残余应力的产生又兼顾获得所需机械性能的角度 ,分析了采用热水淬火、喷雾淬火及有机介质淬火等淬火工艺。其次讨论了消除铝合金中残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合 ,并指出在铝合金结构件淬火后的不稳定状态进行残余应力消除处理效果最佳     

ZL205A铝合金大型复杂筒体构件淬火过程模拟与变形预报

基于ABAQUS软件采用有限元方法建立ZL205A铝合金大型复杂构件淬火过程的温度场与应力场模型,分析构件在淬火过程中不同时刻的温度场分布.根据构件结构特征,选择4个特征点获得淬火过程冷却曲线,并对构件厚壁、加强筋与薄壁部分的冷却曲线进行研究,使用有限元模拟方法预报构件变形和残余应力.ZL205A铝合金大型复杂构件淬火变形主要为径向变形,通过比较淬火后残余应力的6个分量可知正应力远大于剪应力.模拟厚壁在不同换热系数下的淬火效果,发现增加换热系数可以提高厚壁淬火冷却速度,但是作用比较有限.     

考虑相变诱导塑性下40Cr激光淬火工艺参数显著性分析

定量化揭示激光淬火过程多场耦合瞬时演变规律,进而实现40Cr激光淬火工艺参数显著性分析。基于相图计算法（CALPHAD）计算温变物性参数,建立40Cr齿轮钢激光淬火数值模型,对瞬态温度、相变以及应力分布进行数值计算,揭示相变行为与塑性应力之间的耦合作用机理。通过Axio Vert.A1显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、超景深3D显微镜和显微硬度仪进行分析。基于正交试验,分析了激光半径、激光功率、扫描速度对淬火质量的显著性影响。结果表明：影响最高温度和相变深度的显著工艺参数依次为光斑直径、扫描速度、激光功率;残余应力成“驼峰”分布,影响残余拉应力的显著工艺参数依次为光斑直径、激光功率、扫描速度。该研究为有效控制淬火残余应力,优化工艺参数提供重要理论依据。     

热处理工艺对新淬火态硬铝合金薄板组织性能的影响

 为了研究新淬火态硬铝合金蜂窝面板的残余应力与力学性能在不同热处理工艺参数下的变化规律,以退火态2A12硬铝合金薄板为对象,设计了在不同的试件取样方向、加热温度、转移时间、介质水温下的淬火正交试验,并测量试件的力学性能和长度方向上的残余应力等考核指标。通过对薄板微观组织的观察及试验中测量数据的对比分析,表明对于新淬火态2A12硬铝合金薄板,水温变化对铝合金薄板的指标影响最为显著,而微观组织中的GP区和过渡相的相互作用对薄板性能起着重要作用。此外在兼顾各指标的情况下,对正交试验中所采用的工艺因素进行了优选。     

工业化生产中大规格2D70铝合金棒材淬透性的实验方法

采用多路温度控制仪监测材料淬火过程不同部位的温度变化的试验方法,通过对材料硬度和力学性能指标的测试分析,描绘出大规格2D70铝合金棒材截面上距离边部不同距离的硬度和力学性能变化曲线,对比分析了该试验条件和工业化生产条件下合金的硬度和力学性能变化曲线,探讨了本试验方法应用到工业化生产中检测材料淬透性的可能性。研究结果表明,淬火过程中2D70铝合金Ф250mm×250mm的棒材边部和心部的温度基本均匀,淬火过程中总的冷却速率为4℃／s,可满足合金充分固溶的要求,工业化生产的250mm棒材已经完全淬透。     

7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性

采用拉伸实验、剥落腐蚀实验、显微组织、化学成分、扫描电镜以及透射电镜和差示扫描量热法分析等手段,研究7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性。结果表明：110 mm厚7085-T651特厚板不同厚度层显微组织、力学性能和剥落腐蚀性能存在明显的不均匀性;1/4厚度层抗拉强度最低,为540 MPa,抗剥落腐蚀性能最差,腐蚀等级为EB级;心层抗拉强度最高,为580 MPa;表层抗剥落腐蚀性能最好,腐蚀等级为EA级;1/4层再结晶分数最多,约为47.7%,尺寸较大,约为105μm,晶界及晶内均有平衡相析出,时效析出相尺寸较小,因而力学性能及抗剥落腐蚀性能均最差;中心层再结晶分数最少,约为14.8%,存在大量亚晶,残余的 Al7 Cu2 Fe 相最多,约为1.43%,晶界平衡相尺寸、时效析出相尺寸及PFZ宽度均较大,因而力学性能较好而抗剥落腐蚀性能较差。     

Effect of blank quenching on shear spinning forming precision of 2219 aluminum alloy complex thin-walled components

The quenching-spinning (Q-S) process, i.e., shear spinning after blank quenching, has been increasingly utilized to form 2219 aluminum alloy complex thin-walled components. However, the changes in material property, shape and stress of the blanks after quenching will affect the spinning forming precision. In this study, the rules and mechanisms of these effects are investigated based on a combined finite element (FE) model including blank quenching and component spinning process. The results indicate that the increase of material strength and the existence of distortion of the quenched blank lead to a notable increase in the non-uniformity of the circumferential compressive stress in the spinning area and the increase of the flange swing height during spinning. These changes result in an increase in the wall thickness and component-mandrel gap of the components. The quenching residual stress has little effect on wall thickness and roundness but can noticeably reduce the component-mandrel gap. This is because that the existence of quenching residual stress of the blank can lead to the decrease of the maximum circumferential compressive stress of the workpiece in spinning and an obvious drop in the maximum compressive stress after reaching the stress peak. Quenching distortion is the main factor affecting the roundness. Moreover, the optimized installation way of the blank for spinning is obtained.     

一代材料技术，一代大型飞机

 介绍了用于大型飞机的新材料的发展现状和趋势。当前,欧美大型飞机机体的材料结构正从以铝合金为主过渡至以复合材料为主,50%复合材料用量是未来飞机的起点。新一代大型飞机的材料技术特色首先是复合材料和钛合金用量创历史新高,以大幅度减轻飞机结构重量和降低燃油消耗;其次反映于一些具有新意的材料技术的成功推出,其中包括复合材料整体机身段、全钛发动机挂架、纤维金属层板、第3代铝锂合金、新型高强铝合金7085、新型高强高韧钛合金Ti-55531等。最后,对中国刚立项研制的大型飞机的选材原则提出了建议。     

铝合金锻件重复淬火保温时间对组织性能的影响

分析了铝合金锻件重复淬火保温时间的长短及其组织性能的影响情况。根据大量的试验数据,证实了重复淬火保温时间及时效保温时间的长短对锻件性能的直接影响,并以此确定了合理的工艺参数。     

固溶处理时间对2E12铝合金组织和疲劳性能的影响

采用光学金相、扫描电镜、能谱分析以及疲劳寿命测试等方法,研究了495 ℃/1 h和8 h固溶处理对2E12T₄铝合金微观组织和疲劳性能的影响。实验结果表明,延长固溶处理时间可显著减少基体中可溶的Al₂CuMg残留相数量,提高合金元素的过饱和固溶度,因而,自然时效后合金强度相应增加。试样自由表面上的大尺寸残留相在疲劳加载过程中,通过自身断裂或与基体脱粘的两种方式优先诱发疲劳裂纹萌生;并且,这些大尺寸残留相还起到促进疲劳裂纹扩展和连接的作用,导致疲劳辉纹形成时发生开裂形成二次裂纹,因而,延长固溶处理时间减少大尺寸残留相数量可提高2E12铝合金的疲劳寿命。     

2A12 铝合金锻坯开裂故障分析

某产品用2A12铝合金锻坯在生产过程中发生开裂故障。本文对开裂锻坯进行了形貌观察与断口分析,并对比研究了热处理后开裂锻坯、未热处理锻坯和原材料铝棒。结果表明:开裂锻坯上的开裂模式为脆性开裂;开裂锻坯上的裂纹形成于热处理过程,形成原因应与锻造工艺控制不当导致锻坯在热处理过程中形成的粗晶有关。