Al-Zn-Mg-Cu合金厚板淬火残余应力消除方法的研究

发布时间：2017-04-11 02:07

  本文关键词：Al-Zn-Mg-Cu合金厚板淬火残余应力消除方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu合金厚板在淬火后,金属基体在后续的时效过程中将析出大量弥散强化相,使合金得到强化,同时铝合金在淬火过程中也将产生较大的残余应力。具有高强、高韧、低残余应力的铝合金拉伸厚板是现代航空、航天工业用量很大的新型结构材料,残余应力的存在一方面使得厚板机加工时变形,不利于后续加工；另一方面会影响材料的动态使用性能。因此,有必要对厚板在机械加工前的残余应力予以消除或有效控制。本文探究了单级人工时效,打断淬火,电击处理以及多道次间断时效处理等工艺对淬火残余应力的消除效果,并探讨分析了各工艺对合金其它性能的影响以及残余应力消除机理,主要的研究成果如下。(1)传统的人工时效对铝合金淬火残余应力的消除效果有限,其对残余应力的消除幅度在35%以内。传统人工时效对铝合金残余应力的消除作用阶段主要为加热的开始阶段,长时间的保温在未使合金发生回复或软化之前无法有效地消除残余应力,时效的强化效果反而会限制残余应力的消除。(2)打断淬火对残余应力控制效果有限且容易降低铝合金的时效强化效果。对于冷却更慢,更容易造成内外巨大温差的大尺寸样品以及淬火敏感性更高的合金而言,打断淬火的效果将更不理想。通过对打断淬火的换热过程及温度场的研究发现,当对合金试样施加一个幅度为80-180℃的快速升温或降温变化时,试样本身大概会发生15-35 MPa的应力变化。(3)使用电流密度为2.5A/mm2的脉冲电流对铝合金板材进行电击,可以取得70-90 MPa的残余应力降幅,热-电复合处理可以在单一的电击处理基础上增加20 MPa左右的残余应力降幅。(4)使用多道次间断时效处理可以有效地去除铝合金淬火残余应力,淬火残余应力的降幅随着多道次间断时效处理的温度和加热速率的提高而增大,且不影响铝合金的最终使用硬度。当多道次间断时效的加热速率足够快时,多道次间断时效通过产生外拉内压的应力场来中和抵消淬火残余应力,当加热速率不够大时,则通过使合金产生微屈服而释放残余应力。多道次间断时效处理有效地降低了铝合金内部的位错密度,改良了合金晶界处的析出相分布,提高了合金的电导率以及屈服强度,但位错密度的降低也使合金的延伸率得到了一定的降低。(5)铝合金淬火后由于高密度位错的存在使得材料内部有着很大的晶格畸变能,使材料处于一种高能的不稳定平衡态,通过能量的快速输入可以打破这种平衡态,重新建立更加稳定的平衡态从而消除残余应力。
【关键词】：铝合金 厚板 淬火 残余应力 多道次间断时效 组织 性能
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG166.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 残余应力的研究发展概况14-21
• 1.2.1 残余应力的定义及特点14-15
• 1.2.2 残余应力的分类15-16
• 1.2.3 残余应力的产生16-18
• 1.2.4 残余应力的影响18-19
• 1.2.5 残余应力的测量方法研究现状19-21
• 1.3 Al-Zn-Mg-Cu合金厚板发展概况21-24
• 1.3.1 Al-Zn-Mg-Cu合金发展概况21-22
• 1.3.2 大型铝合金整体结构件加工中面临的问题22-23
• 1.3.3 残余应力传统消除对策及其局限23-24
• 1.4 本文研究内容24-26
• 第2章 实验条件与方法26-31
• 2.1 实验材料26
• 2.2 电击法及多道次间断时效实验设备26-27
• 2.2.1 脉冲电源26
• 2.2.2 加热设备26
• 2.2.3 温度采集器及反传热换热系数模拟26-27
• 2.3 材料性能测试27-31
• 2.3.1 残余应力检测27-29
• 2.3.2 硬度检测29
• 2.3.3 电导率测试29
• 2.3.4 拉伸性能测试29
• 2.3.5 光学显微镜观察29-30
• 2.3.6 透射电镜观察30-31
• 第3章 铝合金厚板残余应力消除对策探究31-58
• 3.1 引言31
• 3.2 传统人工时效对残余应力的消除效果探究31-37
• 3.2.1 实验内容31-32
• 3.2.2 残余应力变化32-37
• 3.2.3 本节小结37
• 3.3 打断淬火对残余应力的控制效果探究37-47
• 3.3.1 打断淬火的提出37-39
• 3.3.2 打断淬火实验方案39-40
• 3.3.3 打断淬火残余应力及硬度变化40-41
• 3.3.4 淬火换热系数反求及打断淬火温度场模拟41-46
• 3.3.5 本节小结46-47
• 3.4 电击法及热-电复合对残余应力的控制效果探究47-51
• 3.4.1 引言47-48
• 3.4.2 实验方案48-49
• 3.4.3 电击法及热-电复合法对残余应力的影响49-51
• 3.5 多道次间断时效处理对残余应力的控制效果探究51-56
• 3.5.1 多道次间断时效法的提出51-53
• 3.5.2 实验方案53
• 3.5.3 多道次间断时效处理对铝合金淬火残余应力的影响53-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第4章 多道次间断时效处理对铝合金淬火残余应力及其它性能的影响58-71
• 4.1 引言58
• 4.2 多道次间断时效处理消除淬火残余应力机制探究58-63
• 4.3 多道次间断时效处理对力学性能及导电率的影响63-66
• 4.4 多道次间断时效处理对微观组织的影响66-69
• 4.5 多道次间断时效处理对40mm板材残余应力消除效果探究69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第5章 结论与展望71-75
• 5.1 结论71-72
• 5.2 铝合金淬火残余应力的消除关键72
• 5.3 展望72-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录82

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本文编号：298053