7B04铝合金厚板蠕变时效成形有限元分析

蠕变时效成形是一种针对制造大型飞机整体壁板零件而开发的成形工艺.该工艺基于材料在适当温度下能同时进行人工时效和蠕变,从而引发应力松弛,使得成形后零件的力学性能好且生产成本低.根据试验数据确定了铝合金材料蠕变本构方程中的材料常数,并应用商业化有限元软件ABAQUS分析了7B04铝合金厚板的弯曲蠕变过程及回弹效应.     

振动对7055铝合金蠕变时效成形的影响

采用自制单曲率蠕变成形模具和振动试验平台,在淬火态7055铝合金板材蠕变时效成形过程中引入振动作用。研究了成形曲率、温度与振动方式对试样回弹量、力学性能和微观组织的影响。结果表明:在一定时间范围内,振动蠕变成形加速应力松弛,降低回弹量;促进铝合金的强化相析出且分布更加弥散;提高强度。在本文的试验条件下(120℃/24h),引入振动使峰值时效试样的强度提高7%,回弹量降低12.3%。     

预处理对2219铝合金蠕变行为及力学性能的影响

为了研究不同预变形量对铝合金蠕变行为及力学性能的影响规律。以2219铝合金为研究对象,在温度为175℃,180 MPa应力条件下,研究0~8%的预变形量对2219铝合金蠕变行为及力学性能的影响。结果表明:预变形处理的引入,材料的蠕变变形量和力学性能大幅度增加。当预变形处理量为1%时,其蠕变变形量较未处理时试样蠕变变形量增加了118%。而随着预变形量的继续增加,试样的的力学性能呈现快速下降的变化趋势。综合考虑蠕变变形量与力学性能时,最利于构件的蠕变时效成形的2219铝合金的预变形处理量为3%。     

大型机翼整体壁板时效成形技术

 分析了单级时效、双/多级时效、振动时效以及应力位向效应等工艺措施和因素对铝合金机翼整体壁板材料时效成形特性的影响,得到以下结论：应采用双/多级时效处理,以提高成形后壁板材料的综合性能;应采用振动时效应力松弛,以加速应力松弛,降低回弹,并提高成形后壁板材料的抗疲劳性能;对时效过程中存在应力位向效应的铝合金,应设计合适的时间温度曲线与加载曲线,以避免壁板材料因应力位向效应产生各向异性,导致材料屈服强度降低。提出了大型机翼整体壁板时效成形的工艺流程,给出了成形过程中热压罐内的温度时间曲线和气压时间曲线;提出了成形工装的模块化、标准化与柔性化设计以及解决壁板时效成形回弹问题的有限元方法,并对中国研究发展大型机翼整体壁板时效成形技术提出了建议。     

应力松弛成形模具型面构造技术

现代飞机的外形复杂,曲率半径变化不一,使得应力松弛成形模具型面构造复杂,而应力松弛引起的塑性变形现象的存在更是加大了模具型面构造技术的难度,为了使成形回弹后的整体壁板符合设计要求,需要对回弹进行有效的补偿,通常是将回弹量预先补偿到模具上,再次成形来判断模具型面的构造是否合理。本文介绍几种应力松弛成形模具型面构造方法,并分析各自的特点。     

整体壁板时效成形的回弹预测及模面补偿技术

时效成形是一种用于制造飞机整体壁板零件的成形工艺。由于其具有回弹量大的特点,需要开发一种准确预测成形后回弹量的方法,并在此基础上对模具型面进行补偿,以消除回弹对成形精度的影响。本文将有限元法应用于网格式高筋壁板时效成形及回弹的分析,并通过实验验证了有限元预测回弹量的准确性。提出了一种基于有限元回弹预测的适用于铝合金时效成形的模具型面补偿算法,并应用该算法进行了复杂高筋整体壁板局部件时效成形的修模计算分析。通过9次迭代计算,零件成形误差减小到0.4 mm以内,证明了该算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

2219铝合金热变形行为对精密旋压成形的影响

采用Gleeble-3500热力模拟试验机对2219铝合金进行物理模拟。通过应力-应变曲线和金相组织观察研究了2219铝合金的高温塑性流变行为及其对合金旋压变形的影响。结果显示:2219铝合金在高温塑性变形过程中的流变应力主要受变形温度和应变速率的影响,变形量对其影响不明显;随着变形温度的提高或应变速率的降低,应力-应变曲线中的峰值应力和稳态流变应力均呈现下降的趋势。另外,采用"Gleeble"物理模拟+工艺试验的研制路线有助于实现2219铝合金大型结构件旋压成形的"控形",基于热模拟结果设计特征旋压温度(300～350℃)、进给比(0.6～1.5 mm/r)、变形量(30%)对2219铝板进行旋压变形,可获得内、外表面质量均良好的大型铝合金壳体,其壁厚差0.2 mm,且壳体内型面与理论型面样板单边间隙0.1 mm。     

2219铝合金单轴拉/压蠕变时效行性行为研究

为研究2219铝合金在蠕变时效成形过程中，不同应力状态（拉/压）对其蠕变行为的影响规律，采用室温拉伸的方法研究了165~185℃内单轴拉/压2219铝合金力学性能的变化。结果表明：最佳蠕变时效时间为11 h；在相同的时效制度下，拉/压应力蠕变变形量均随着温度的升高而增加，拉应力的蠕变变形量始终大于压应力的蠕变变形量；无论是拉/压应力蠕变时效还是无应力常规时效，其时效后的性能均随着温度的升高而降低，然而，拉应力时效后性能的下降幅度最为明显；最后，在时效温度为165℃时，不同应力状态下的各项性能指标均表现为最佳。     

铝合金时效成形的试验研究

应用应力松弛理论,分析时效成形的影响因素,设计误差可调的纯弯曲变形试验装置,通过正交试验获得T、t、RO对目标η的影响的主次顺序,研究结果为建立成形参数与弯曲半径之间的函数关系以及回弹预测提供参考依据.     

铝合金厚板时效成形回弹补偿算法

 时效成形是一种适用于飞机整体壁板零件制造的成形工艺,具有回弹量大的特点,因此需要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,以消除回弹对成形精度的影响。本文提出了一种基于有限元计算驱动的适用于铝合金时效成形的模具型面迭代修正算法,并应用该算法进行了单曲率的圆柱面零件、双曲率的球面零件及马鞍形零件的修模计算分析。通过4次迭代计算,使圆柱面和球面零件成形误差减小到0.4 mm以内;通过5次迭代,使马鞍形零件除4个角部外,其余部位型面误差小于0.5 mm。证明了该回弹补偿算法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

高强铝合金板材电脉冲辅助时效热处理工艺研究

以2219铝合金轧制板材为研究对象,通过仿真分析、电脉冲辅助时效热处理试验、拉伸力学性能测试和透射电镜观察,系统研究了低密度电脉冲对板材时效热处理过程中电流密度分布、焦耳热效应及其时效后的力学性能与析出相微观组织的影响。结果表明:电脉冲辅助时效热处理过程中,板材峰值电流密度呈中心对称分布;80 A/cm2低密度脉冲电流作用下,板材大部分区域的峰值电流密度值在40~120A/cm2范围,温升最大不超过1℃。与常规时效工艺相比,电脉冲辅助时效热处理工艺促进了晶内强化相析出进程,同时改善了晶内析出相分布,使板材峰时效时间从15h缩短到10h,峰时效屈服强度也从283MPa提升到303MPa。综上所述,电脉冲辅助时效工艺有利于缩短铝合金板材时效热处理周期并改善峰时效力学性能。     

铝合金时效蠕变与时效应力松弛关系研究

分析了材料蠕变与应力松弛的关系,提出了一种由材料蠕变曲线获取应力松弛曲线的转换方法.以铝合金7075T6为试验材料在177℃时效温度下实施了蠕变与应力松弛试验,通过比较试验应力松弛曲线与此转换方法得到的应力松弛曲线,验证了转换方法的准确性.     

铝合金焊接结构的应力松弛及控制

针对生产现场大尺寸5A06-H112铝合金板箱形件拼焊制造过程中存在应力松弛的问题,对多种焊接工艺方法进行了研究.通过对不同焊接接头的力学性能试验、残余应力测试、焊接金相和硬度测量结果对比显示,铝合金焊接结构的应力变化存在先升后降的变化趋势,而TIG焊由于采用较小的线能量和多层焊,较MIG焊其应力松弛的程度存在差异.结果表明,增加焊后时效时间8～10d,并采用TIG焊技术将有效减小铝合金焊接结构的应力松弛,使端头下沉减少50％左右,满足了设计图纸的要求.     

航天用铝合金/ 焊丝焊接性研究

针对2A14、2219、2195、2A97、1460铝合金,通过焊接热模拟试验、焊接裂纹敏感性试验和拉伸试验,建立了材料脆性温度区间大小和焊接性的关系及焊丝主成分和焊接性的关系。结果表明,试验合金焊接性从好到差的排列顺序为2219、2A14、1460、2195、2A97。其中2A14、2219铝合金现用焊丝可以满足推进剂贮箱用铝合金焊接性要求。脆性温度区间较小时,焊接性良好,随脆性温度区间增加,焊接性变差;采用满足主成分含量之和为6%的焊丝焊接时,若抗裂性满足要求,则接头延伸率满足要求。     

整体壁板时效成形技术研究

针对壁板难于成形的问题,国际上发展了时效成形技术.本文介绍了时效成形的基本原理,通过对7B04铝合金壁板时效成形试验的研究,得到了时效成形率与温度、时间、应力的关系.     

窄条激光喷丸成形有限元分析

基于激光喷丸成形过程中材料非线性、高应变率的特点,建立了适合于激光喷丸成形模型。采用ABAQUS/Explicit模块对材料和应力波相互作用的瞬态过程进行模拟,用ABAQUS/Standard 中模拟应力波作用后材料的松弛。对有限元模拟中的关键技术,如材料模型,冲击波的压力载荷、网格划分及其单元类型进行了探讨。并对航空铝合金LY12CZ的激光窄条喷丸成形进行了有限元模拟,对板料的变形量、应力的大小进行了预测,预测的结果和试验较为一致。     

液体推进剂贮箱材料的电化学腐蚀行为的试验研究

通过电偶腐蚀、加速腐蚀和缝隙腐蚀试验,研究了液体推进剂贮箱材料的电化学腐蚀行为,并用光学显微镜观察了试验后的材料表面腐蚀形貌.结果表明,铝合金LF6、LD10、2219和LF3与不锈钢1Cr18 Ni9Ti和316L的电偶电流均小于0.3 A/cm2,属于A级相容;无论贮箱箱体主材料为LD10或2219,在与箱体附件材料LF3组成的电偶对中,LD10和2219均为阴极金属受到保护;2219和LD10在20℃室温、68％硝酸环境下的阳极极化曲线相似,年腐蚀速率相当.     

单曲率蒙皮零件柔性多点模具拉形过程的数值模拟与优化

柔性多点模具是由一系列高度可调的小冲头根据需要组合形成离散模具型面的模具系统.本文通过有限元数值模拟方法,针对某典型单曲率零件分析了弹性垫层以及回弹对成形过程的影响,并通过调整和优化模具外形包络面,使数值模拟的零件外形与目标零件外形吻合较好,为实际零件的成形和柔性多点模具型面的确定提供了重要的依据.     

2219铝合金搅拌摩擦焊结构ECA评定

基于含缺陷结构断裂评定的COD设计曲线与净截面屈服失效判据,对2219铝合金搅拌摩擦焊结构进行了工程临界评定(ECA)。分析了2219铝合金搅拌摩擦焊接头焊核区、热机影响区、热影响区和母材区的临界裂纹尺寸,确定了不同载荷水平下2219铝合金搅拌摩擦焊结构的表面缺陷容限,并对特定内压下2219铝合金运载火箭贮箱筒段搅拌摩擦焊纵缝进行了ECA评定,为2219铝合金搅拌摩擦焊结构的断裂控制提供了参考。研究结果表明,纵向前进边热影响区为2219铝合金搅拌摩擦焊接头断裂控制的关键区域,特定内压条件下给定的表面缺陷可以接受。     

2219-T87/T852铝合金异质接头力学性能弱化及断裂机制

开展了航天贮箱用2219-T87和2219-T852铝合金变极性钨极氩弧焊接研究,通过拉伸试验确定了接头力学强度薄弱区,对接头焊缝晶粒特征、晶界偏析及强化相分布等微观组织分析,阐明接头力学性能弱化及断裂机制。结果表明,接头在-196℃低温条件下平均抗拉强度为314 MPa,平均延伸率为5.68%,接头力学强度薄弱区为2219-T852侧熔合区。在拉伸过程中,接头背部焊缝打底层边缘首先发生起裂,沿熔合区向上扩展,最终断口呈现混合断裂模式。微观组织分析表明,在接头力学强度薄弱区,组织为非均匀过渡混合晶粒特征,晶界偏析造成的沿晶共晶相呈粘连网状分布,基体强化相大量溶解与粗化,共同导致了接头强度和塑性的显著下降。