薄壁铝构件精密控形关键技术研究
发布时间：2021-08-28 11:56
铝合金框环构件薄壁、弧度大、尺寸大,是火箭上典型的薄壁铝构件,其存在热敏感性高、构件整体传热性能差的特点,在加热和淬火过程中构件整体极易发生温度不均匀现象,导致构件发生不同程度淬火变形,因此需要应用一定技术实现对薄壁铝构件固溶淬火处理过程的精密控形。本文以铝合金薄壁框环构件为研究对象,应用数值模拟的方法对其固溶淬火过程中应用的固溶炉导风系统与淬火工艺参数进行研究,指导薄壁铝构件精密控形固溶生产线设计并进行试验验证。本文在整板固溶处理射流加热技术的基础上,对比整板工件与框环构件加热过程流场分布,总结薄壁铝构件射流加热炉结构优化方向,提出对上导风结构喷风板开孔率进行研究,对下导风结构增加导流板。经过对导风结构分别研究与多种方案对比,结果表明:上导风结构喷风板开孔率0.2,下导风结构导流板两侧配风量2:1,2/3高度位置可以得到较好的加热流场。在优化的导风系统基础上,研究了循环风量对固溶炉有效加热区温度均匀性的影响。结果表明,随着热风循环风量的增加,炉温均匀性先提高后改善效果不明显,在热风循环风量为66000m3/h时,炉温均匀性可满足要求,并具有较好的经济性。建立铝合金薄壁框环构件淬火过程...
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４?２２１９铝合金脱溶析出ＣＣＴ曲线??Ｆｉｇ．?１－４?ＣＣＴ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?２２１９?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ??
炉是当前框环构件专用热处理设备发展??的前景之一。??１．４铝合金工件淬火研究现状??１．４．１铝合金换热机理与喷淋淬火研究现状??铝合金工件淬火过程是合金元素溶入铝基体中形成过饱和固溶体的关键步骤，??工件在淬火过程经历着极大的温度变化。大多数铝合金工件可以使用水作为淬火介??质。在冷却过程中，较慢的冷却速度将因其固溶处理得到的过饱和固溶体发生脱溶，??使得工件性能大大降低，过快的冷却速度则会造成工件整体呈现冷却不均的状态，??引起参与应力的出现。铝合金工件冷却速度限制示意图如图１－５所示。??ｖ?淬火?ｒ．２；Ｗｕ??＾太悛－性能降低??ｆｍ＼＼ｍ??时Ｎ??图１－５铝合金工件冷却速度限制示意图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｐｅｅｄ?ｌｉｍｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ??５??
在实际的生产过程中，对于大规格构件存在工件转移、淬火顺序等影响工件淬火的??工序，因此在淬火过程中极易发生由于工件淬火不均匀造成整体变形；对于异形工??件，会由于工件局部冷却介质流动性差产生温度差异，导致较大热应力的出现。图??１－６为薄壁铝合金构件淬火出现的变形情况，由图可以看出工件为异形薄壁工件且??尺寸较大，经过淬火后产生较大变形，且使用机械校正方法无法对工件进行校形，??从而导致工件报废＾１。??？?ｉｉ－－??ｍｉ，丨川丨｜｜丨—｜＾１１１１１１丨丨??；ｉ：??图１－６薄壁铝合金构件淬火变形??Ｆｉｇ．１－６?Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ??为解决铝合金淬火中出现严重变形问题，学者提出多种解决方法。李培跃［３７］等??研宂了在浸淬过程中使用特殊淬火介质在与水的一定配比下可有效降低合金冷却??速率，减少工件表面和芯部的温度差，从而实现工件淬火后仅存在较小变形量？，侯??通［１２］等针于Ｔ形工件，在浸入式淬火入水过程中对比多种入水方式，得到采用肋朝??上进入淬火槽中可以得到最小的变形量；郭世贵［３８］等对于多种厚度铝合金板在??不同喷淬条件下工件的残余应力分布，总结板厚对残余应力的影响以及喷淬压力对??残余应力分布的作用规律。杨夏炜［６］研究了大型铝合金复杂构件使用淬火槽的入水??淬火过程，并对淬火槽内增加搅拌系统进行优化设计了搅拌系统中均流板的位置并??使用数值模拟的方法对变形情况进行预报，使用等比缩小的工件进行试验与模拟结??果相符合。在铝合金淬火变形的研宄中数值模拟方法与试验方法并用。对常见的如??平板
【参考文献】：
期刊论文
[1]淬火介质对7A85铝合金组织、力学性能及残余应力的影响[J]. 徐玉国,韩兆君. 热加工工艺. 2020(08)
[2]固溶处理工艺对2219铝合金力学性能的影响[J]. 王喜琴,张贵一,乐斌,张柳锋,张亚军. 上海航天. 2019(05)
[3]固溶处理对7020铝合金组织及性能的影响[J]. 程雪婷,程仁寨. 中国金属通报. 2019(03)
[4]地下水硝酸盐危害及处理措施研究[J]. 龚慧. 水利技术监督. 2019(02)
[5]薄壁构件淬火变形调控研究进展[J]. 詹梅,王隽文,樊晓光,闫陆宇,李志欣. 锻压技术. 2018(07)
[6]PAG淬火介质对2024铝合金薄壁挤压型材的影响[J]. 刘兆伟,王彦俊,于长富,徐鑫,齐芃芃. 热处理技术与装备. 2018(03)
[7]7B50超高强铝合金喷水淬火过程综合表面换热系数的计算（英文）[J]. 康雷,赵刚,田妮,张海涛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(05)
[8]铝合金在航天航空中的应用分析[J]. 张正昊. 中国高新区. 2018(07)
[9]射流式加热技术及其在铝合金加热炉上的应用[J]. 张超纲,张文良,王占军,李爱国,李贤君,胡博,刘子珃. 金属热处理. 2018(02)
[10]2219铝合金的淬火敏感性[J]. 王会敏,易幼平,黄始全. 材料热处理学报. 2016(08)
博士论文
[1]2024铝合金板材喷淋淬火传热机理与流变应力演化规律研究[D]. 郭瑞超.西北工业大学 2018
[2]铝合金淬火界面换热系数反分析求解及在仿真中的应用[D]. 徐戎.湖南大学 2015
[3]铝合金大型复杂构件热处理过程的多场耦合模型与变形预报[D]. 杨夏炜.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]基于UMAT的航天铝合金大型构件淬火变形预测研究[D]. 袁青尧.哈尔滨工业大学 2019
[2]2219铝合金轧制及热处理工艺研究[D]. 周刚.江苏理工学院 2018
[3]航天用大型铝合金环形件梯温热辗扩成形机理研究[D]. 牛波凯.宁波大学 2018
[4]新型高合金化7xxx系铝合金淬火敏感性研究[D]. 陈金生.北京有色金属研究总院 2017
[5]冷变形及时效对2219铝合金组织和力学性能的影响研究[D]. 郭素墨.大连理工大学 2017
[6]铝合金T形锻件固溶淬火过程数值模拟[D]. 侯通.燕山大学 2016
[7]冷变形及时效对2219铝合金组织性能的影响规律[D]. 马征.哈尔滨工业大学 2014
[8]贮箱用2219铝合金热处理工艺的研究[D]. 刘燕.天津大学 2014
[9]复杂截面铝合金型材在线淬火过程界面换热研究[D]. 胡理中.湖南大学 2013
[10]6xxx铝合金在线淬火换热系数及数值模拟研究[D]. 李彩文.中南大学 2011
本文编号：3368468
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４?２２１９铝合金脱溶析出ＣＣＴ曲线??Ｆｉｇ．?１－４?ＣＣＴ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?２２１９?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ??
炉是当前框环构件专用热处理设备发展??的前景之一。??１．４铝合金工件淬火研究现状??１．４．１铝合金换热机理与喷淋淬火研究现状??铝合金工件淬火过程是合金元素溶入铝基体中形成过饱和固溶体的关键步骤，??工件在淬火过程经历着极大的温度变化。大多数铝合金工件可以使用水作为淬火介??质。在冷却过程中，较慢的冷却速度将因其固溶处理得到的过饱和固溶体发生脱溶，??使得工件性能大大降低，过快的冷却速度则会造成工件整体呈现冷却不均的状态，??引起参与应力的出现。铝合金工件冷却速度限制示意图如图１－５所示。??ｖ?淬火?ｒ．２；Ｗｕ??＾太悛－性能降低??ｆｍ＼＼ｍ??时Ｎ??图１－５铝合金工件冷却速度限制示意图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｐｅｅｄ?ｌｉｍｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ??５??
在实际的生产过程中，对于大规格构件存在工件转移、淬火顺序等影响工件淬火的??工序，因此在淬火过程中极易发生由于工件淬火不均匀造成整体变形；对于异形工??件，会由于工件局部冷却介质流动性差产生温度差异，导致较大热应力的出现。图??１－６为薄壁铝合金构件淬火出现的变形情况，由图可以看出工件为异形薄壁工件且??尺寸较大，经过淬火后产生较大变形，且使用机械校正方法无法对工件进行校形，??从而导致工件报废＾１。??？?ｉｉ－－??ｍｉ，丨川丨｜｜丨—｜＾１１１１１１丨丨??；ｉ：??图１－６薄壁铝合金构件淬火变形??Ｆｉｇ．１－６?Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ??为解决铝合金淬火中出现严重变形问题，学者提出多种解决方法。李培跃［３７］等??研宂了在浸淬过程中使用特殊淬火介质在与水的一定配比下可有效降低合金冷却??速率，减少工件表面和芯部的温度差，从而实现工件淬火后仅存在较小变形量？，侯??通［１２］等针于Ｔ形工件，在浸入式淬火入水过程中对比多种入水方式，得到采用肋朝??上进入淬火槽中可以得到最小的变形量；郭世贵［３８］等对于多种厚度铝合金板在??不同喷淬条件下工件的残余应力分布，总结板厚对残余应力的影响以及喷淬压力对??残余应力分布的作用规律。杨夏炜［６］研究了大型铝合金复杂构件使用淬火槽的入水??淬火过程，并对淬火槽内增加搅拌系统进行优化设计了搅拌系统中均流板的位置并??使用数值模拟的方法对变形情况进行预报，使用等比缩小的工件进行试验与模拟结??果相符合。在铝合金淬火变形的研宄中数值模拟方法与试验方法并用。对常见的如??平板
【参考文献】：
期刊论文
[1]淬火介质对7A85铝合金组织、力学性能及残余应力的影响[J]. 徐玉国,韩兆君. 热加工工艺. 2020(08)
[2]固溶处理工艺对2219铝合金力学性能的影响[J]. 王喜琴,张贵一,乐斌,张柳锋,张亚军. 上海航天. 2019(05)
[3]固溶处理对7020铝合金组织及性能的影响[J]. 程雪婷,程仁寨. 中国金属通报. 2019(03)
[4]地下水硝酸盐危害及处理措施研究[J]. 龚慧. 水利技术监督. 2019(02)
[5]薄壁构件淬火变形调控研究进展[J]. 詹梅,王隽文,樊晓光,闫陆宇,李志欣. 锻压技术. 2018(07)
[6]PAG淬火介质对2024铝合金薄壁挤压型材的影响[J]. 刘兆伟,王彦俊,于长富,徐鑫,齐芃芃. 热处理技术与装备. 2018(03)
[7]7B50超高强铝合金喷水淬火过程综合表面换热系数的计算（英文）[J]. 康雷,赵刚,田妮,张海涛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(05)
[8]铝合金在航天航空中的应用分析[J]. 张正昊. 中国高新区. 2018(07)
[9]射流式加热技术及其在铝合金加热炉上的应用[J]. 张超纲,张文良,王占军,李爱国,李贤君,胡博,刘子珃. 金属热处理. 2018(02)
[10]2219铝合金的淬火敏感性[J]. 王会敏,易幼平,黄始全. 材料热处理学报. 2016(08)
博士论文
[1]2024铝合金板材喷淋淬火传热机理与流变应力演化规律研究[D]. 郭瑞超.西北工业大学 2018
[2]铝合金淬火界面换热系数反分析求解及在仿真中的应用[D]. 徐戎.湖南大学 2015
[3]铝合金大型复杂构件热处理过程的多场耦合模型与变形预报[D]. 杨夏炜.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]基于UMAT的航天铝合金大型构件淬火变形预测研究[D]. 袁青尧.哈尔滨工业大学 2019
[2]2219铝合金轧制及热处理工艺研究[D]. 周刚.江苏理工学院 2018
[3]航天用大型铝合金环形件梯温热辗扩成形机理研究[D]. 牛波凯.宁波大学 2018
[4]新型高合金化7xxx系铝合金淬火敏感性研究[D]. 陈金生.北京有色金属研究总院 2017
[5]冷变形及时效对2219铝合金组织和力学性能的影响研究[D]. 郭素墨.大连理工大学 2017
[6]铝合金T形锻件固溶淬火过程数值模拟[D]. 侯通.燕山大学 2016
[7]冷变形及时效对2219铝合金组织性能的影响规律[D]. 马征.哈尔滨工业大学 2014
[8]贮箱用2219铝合金热处理工艺的研究[D]. 刘燕.天津大学 2014
[9]复杂截面铝合金型材在线淬火过程界面换热研究[D]. 胡理中.湖南大学 2013
[10]6xxx铝合金在线淬火换热系数及数值模拟研究[D]. 李彩文.中南大学 2011
本文编号：3368468
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3368468.html
