振动时效对铝合金薄壁构件尺寸稳定性的影响

发布时间：2020-08-22 14:30

【摘要】：高强铝合金厚板制备的整体薄壁结构件具有质量轻和强度高等特点,常被应用于飞机的生产制造中。但是此类薄壁件在加工和表面处理时会引入大量的残余应力,带来了结构尺寸的不稳定性。本文通过实验研究,对有色金属结构件进行振动时效实验,从微观和宏观两个方面研究了振动时效工艺对于7075铝合金薄壁构件尺寸稳定性的影响,研究工作如下:1.研究了振动时效(VSR)工艺对铝合金薄壁构件应力松弛的影响在VSR提供的循环载荷下,残余压或拉应力峰值层优先发生应力松弛。残余应力的消减情况与其大小有着必然的联系,当表面应力越高,应力松弛的效果越好。实验证明VSR可以有效将其表面应力峰值消减22%～32%。2.从宏观和微观方面揭示了振动时效作用机理本文基于包辛格效应和位错理论总结了振动时效消减残余应力的宏观和微观机理,基于蠕变理论提出了振动时效与循环蠕变在力学本质上的相关性。通过XRD分析后发现,振动时效有效地改善了材料的表面特性,并能够使晶粒细化,表面显微硬度提高。说明了 VSR工艺对构件改善材料表面特性有积极作用。3.振动时效对铝合金薄壁构件尺寸稳定性有积极作用喷丸零件的尺寸不稳定,主要是由于喷丸导致材料表层塑性变形不充分、不均匀所导致。VSR技术有效的消除和均化了表层残余应力,避免了表层变形和表面硬化的不均匀现象,削弱了零件尺寸不稳定因素。实验结果说明:VSR有助于工件尺寸稳定。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【图文】：

薄壁构件,铝合金

图１．２铝合金整体薄壁构件逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ａｌｌｏｙ邋ｉｎｔｅｇｒａｌ邋ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ逡逑图１．２为铝合金整体薄壁构件。可以肯定的是，铝合金整体薄壁构件在航空航天逡逑领域有广泛而有效的应用。但上述存在的问题暴露出来的难点也是急需解决的问题。逡逑１．２振动时效概况逡逑１．２．１振动时效简介逡逑残余应力（Ｒｅｓｉｄｕａｌ邋Ｓｔｒｅｓｓ）是指在零件的机械制造加工过程中，在构件内部产生逡逑的应力。当外力撤去，在无外力的作用下，以平衡的状态存在于物体内部的应力。从逡逑概念可以看出，残余应力不是单纯的一个数值，而是一个分部状态或称为残余应力场。逡逑在实际的工程应用当中会遇到各种残余应力所带来的问题，例如：构件形变、疲劳失逡逑效，应力腐蚀断裂等。因此，如何有效的消除和均化构件内部的残余应力是目前学术逡逑界讨论的焦点。逡逑在工程应用中常常采取时效的方式来消减消减金属残余应力，主要三种时效方式逡逑分别是热时效、自然时效、振动时效。逡逑１）热时效（ＴＳＲ，Ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｒｅｌｉｅｆ）是最常用的消除残余应力的方法之一。图逡逑１．３为大型热时效炉。其工艺原理是在通过高温来降低材料本身的屈服极限

热时效

中南林业科技大学硕士学位论文逦第一章绪论逡逑讲，热时效可以消除构件内部５０％以上的残余应力Ｗ。如今随着钢铁行业的不断创新逡逑与进步，传统热时效的工艺技术更加成熟，相关的技术指标也愈加完善。热时效工艺逡逑在工程方面主要应用于结构件的生产，但是也存在着许多的不足。例如需要很大的设逡逑备方面的投入；工艺方面要求非常严格，温度过高或过低都会影响时效的效果｜６１；构逡逑件必须要匹配退火炉的尺寸，通常大型结构件要定制大型号的退火炉，这使得成本非逡逑常高昂？，同时热时效对能源的消耗是不可忽视的问题，地球上的化石能源正在逐年递逡逑减，环保高效的时效方法是一直以来追求的目标。逡逑

振动时效,大型工件

图１．４大型工件的振动时效逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋ＶＳＲ邋ｏｆ邋ｌａｒｇｅ邋ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ逡逑图１．４为大型工件的振动时效。虽然ＶＳＲ的优点很多，但是还是会受到一定条逡逑件的制约。尽管ＶＳＲ在实践己经得到了广泛的应用，但是振动时效在交变应力作用逡逑下残余应力的削减机理仍然不能很有说服力。目前ＶＳＲ在黑色金属领域应用比较广逡逑泛，对于铸铁件和焊接件的ＶＳＲ处理，效果比较明显。从宏观方面来看，ＶＳＲ方法逡逑用于改善金属性能，特别是改善机械性能和释放残余应力方面有显著的效果［１３＿１６］。其逡逑效果主要集中在材料屈服后的残余应力降低，例如通过时效来提高波纹管尺寸稳定性，逡逑降低残余应力［｜７］，以及对焊接件进行高频振动后的应力消减等［１８＿１９］。在有色金属的应逡逑用方面，学术界正在进行摸索和探究，尤其是铝合金在工程中的广泛应用，如中南大逡逑学的沈华龙选用铝合金厚板，对不同振动时效工艺进行了研究探讨郭俊康、胡永逡逑会在铝合金厚板振动时效削减残余应力机理方面进行了探宄然而在铝合金框架逡逑件的应用方面寥寥无几

【参考文献】