航空铝合金切削表层微观组织特征与性能研究

发布时间：2017-11-09 03:02

本文关键词：航空铝合金切削表层微观组织特征与性能研究

【摘要】：航空铝合金以其较高的比强度、良好的韧性以及抗疲劳、耐腐蚀特性在航空制造业中应用广泛。航空构件为提高强度并降低自重多采用整体化结构,此类铝合金构件加工余量大、材料去除率较高,为提高其加工效率,多采用高速切削加工。与传统切削加工技术不同,高速切削加工因其较高的加工速度使得材料在加工过程中表现出较高的塑性。此过程大应变、大应变率,复杂的应力状态共同作用,使材料表层位错与晶体运动频繁,在加工表面形成与基体不同的表面变质层。该层的微观组织结构直接影响材料服役性能。论文以航空航天中广泛应用的高强度铝合金7050-T7451为研究对象,重点针对其服役过程中的耐腐蚀和耐磨性要求,结合高速切削中切削区材料“高应变率、大应变、高温”的特点,借助数值模拟和试验研究,对其高速切削加工表层的微观组织结构的形成特征及其性能进行了研究,为航空铝合金切削工艺优化提供数据支持。建立了基于次摆线理论的铣削加工二维有限元几何模型,对高速切削加工过程进行了数值模拟,重点对此过程中的温度、应力等进行了动态、静态分析,揭示了单齿切削过程中的温度、应力分布规律及切削参数对其的影响规律;结合切削过程的三维几何运动理论,切削加工理论以及内部其他动态力学参数对切削过程中应力、温度变化规律形成原因进行了分析。通过超景深显微系统、表面粗糙度仪、显微硬度仪等表面形成特征检测试验,对高速切削已加工表面进行了表面质量检测,重点分析了切削速度对已加工表面的表面形貌以及加工硬化的影响规律。对已加工表层的加工硬化深度进行了分析研究,测定了不同切削速度下加工硬化深度,确定了切削参数对表面硬度的影响;基于表面粗糙度模型以及位错理论研究了表面形貌和加工硬化的形成机理与特征。通过扫描电镜、XRD等微观检测手段,分析了表层变质层中微观结构及其组成成分,基于修正的Williamson-Hall方法计算了已加工表层位错密度、晶粒尺寸,实现了位错密度的定量分析,并研究了位错密度随切削速度的变化规律。结合前期切削过程研究结论,分析了位错密度形成变化机理。并基于位错理论,分析了表面宏观形成特征中加工硬化与残余应力的微观形成机理。通过腐蚀试验与摩擦磨损试验研究了不同切削速度下已加工表面的耐腐蚀、耐磨性能。结合宏观微观评价指标,定量分析了切削速度对耐腐蚀、耐磨性能的影响规律,并从微观角度对腐蚀及磨损机理进行分析。结果表明,高的切削速度加工对表面耐腐蚀及耐磨性能有明显改善。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V252.2

【参考文献】

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