7075铝合金厚板淬火残余应力及其敏感性分析

发布时间：2020-10-13 00:28

　　 伴随着中国航空事业的飞速发展,人们对于材料性能的要求越来越高,淬火在提升材料性能方面扮演着一种重要的角色,被广泛应用于航空航天领域。板料经过淬火工艺后的加工变形、破裂、残余应力分布和大小、机械性能一直是我们所重点关注的问题。虽然淬火工艺能极大强化铝合金的性能,但强烈的温度梯度导致复杂的残余应力分布,直接造成了后续的加工变形。为了尽量减小淬火后产生的残余应力,合理的选择淬火工艺是保证后续加工的必要条件,因此研究淬火工艺对铝合金厚板残余应力的影响是一个亟待解决的问题。针对上述问题,本文研究了不同厚度的板材在相同介质中进行喷淋淬火和浸没淬火所产生的残余应力水平。首先对喷淋和浸没淬火过程进行有限元数值模拟,通过盲孔法和裂纹柔度法进行残余应力测试,对比分析后认为:残余应力的分布趋势,仿真值与实验结果较为吻合。其次,通过研究厚向残余应力的分布状态,分析不同厚度铝厚板喷淋淬火和浸没淬火的工艺差异,结果表明:淬火冷却速度和板材厚度是影响淬火后残余应力的关键因素,浸没淬火残余应力在板厚70mm后无明显增幅,而喷淋淬火增幅比较均匀,淬火冷却速度越大残余应力越大;板厚在30mm以下采用喷淋淬火产生的残余应力很小,几乎为零,而板厚从30mm增加到100mm过程中,喷淋淬火引起的表层压应力减小的幅度较心部拉应力要快,30到60mm之间心部拉应力的降幅不明显,并且两者之间的差异越来越小,呈下降趋势;喷淋淬火与浸没淬火的优劣性随着厚度的增加逐渐缩小。本文采用分级淬火时效后测硬度的方法测得了7075铝合金的温度-时间-性能(TTP)曲线,结合所获得的淬火敏感区间将淬火过程分成三个阶段:在高温区和低温区采用喷淋淬火,在中温区采用浸没淬火。分别对分段淬火与浸没淬火进行有限元仿真。得出7075铝合金的鼻尖温度大约在340℃左右,淬火敏感温度区间在219~407℃之间;浸没淬火后的铝合金厚板表面压应力要比分段淬火的高出53.2%,而心部拉应力则要高出70.6%。冷却至室温分段淬火所需时间要比浸没长,合理制定淬火工艺能够在减小残余应力的同时保持较好的合金性能。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG156.3;TG146.21
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 超高强航空铝合金的发展及应用
        1.1.1 国内外航空铝合金发展历程
        1.1.2 超高强铝合金的应用
    1.2 铝合金热处理工艺
    1.3 残余应力的研究
        1.3.1 残余应力的发展及分类
        1.3.2 残余应力的产生
        1.3.3 残余应力的测量
    1.4 航空铝合金淬火残余应力的研究
        1.4.1 淬火残余应力产生机理
        1.4.2 淬火残余应力数值模拟技术
    1.5 7 xxx系铝合金淬火敏感性研究现状
    1.6 本文研究的意义、内容及方法
        1.6.1 研究的意义
        1.6.2 研究内容与方法
第二章 淬火模拟过程温度场及应力场有限元理论
    2.1 引言
    2.2 淬火过程温度场有限元计算
        2.2.1 温度场控制方程及边界条件
        2.2.2 瞬态温度场变分原理
        2.2.3 有限元的空间离散
        2.2.4 有限元的时间离散
    2.3 淬火过程应力场的有限元计算
        2.3.1 热弹性问题
        2.3.2 热弹塑性问题
        2.3.3 淬火过程应力场的有限元求解
    2.4 本章小结
第三章 不同淬火方式下淬火残余应力的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 有限元软件ABAQUS简介
        3.2.1 ABAQUS软件发展历程
        3.2.2 ABAQUS软件功能及模块
    3.3 7075 铝合金厚板淬火过程数值模拟
        3.3.1 基本假设条件
        3.3.2 浸没与喷淋淬火有限元模型的建立
        3.3.3 准耦合模拟计算流程
        3.3.4 淬火模拟结果的实验验证
    3.4 板厚对淬火残余应力的影响
    3.5 本章小结
第四章 7075铝合金淬火敏感性研究
    4.1 引言
    4.2 实验方法与结果
        4.2.1 分级淬火实验
        4.2.2 等温保温时间-硬度曲线
    4.3 7075 铝合金TTP曲线
    4.4 分段淬火工艺
        4.4.1 分段淬火过程温度场及应力场分析
        4.4.2 分段淬火与浸没淬火的对比
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目
致谢

【参考文献】

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本文编号：2838493