7055铝合金厚板的变形行为及热处理特性的基础研究
发布时间：2021-12-16 20:26
7055铝合金作为一种重要的轻质高强结构材料,已被广泛应用于航空航天等领域。目前,该合金大规格板材仍存在沿厚度方向上均匀性较差的问题,需要系统研究加工和热处理工艺对其变形行为、组织结构和性能的影响。因此,本文以7055铝合金半连续铸锭及固溶预拉伸板为研究对象,通过热模拟变形、工艺仿真及时效处理等方法,利用扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）及三维原子探针（3D AP）等表征技术,以提高厚板均匀性为目标,研究7055铝合金不同加工工艺下的热变形行为、轧制工艺和时效制度,重点研究了能改善厚板均匀性的加工工艺、变形加工方式对厚板均匀性的影响,以及后续热处理对合金性能的影响,为解决合金厚板不均匀性问题提供理论依据。主要的研究结论如下:（1）通过热模拟实验,对传统热变形工艺（NTMP）和双级热变形工艺（DTMT）下7055铝合金的热变形行为进行了研究,得到了不同变形工艺下的流变应力曲线,分析了NTMP与DTMT工艺在流变应力、激活能、热加工图上的差异,探讨了不同工艺下合金的微观组织结构及再结晶机制。结果表明,DTMT工艺的流变应力及再结晶激活能均高于NTMP,...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
055铝合金硬度随自然时效时间变化情况
1绪论7成型性最差。所以选择W态对7xxx系铝合金进行成形比T6态更容易获得理想的成形效果。图1.17921铝合金不同状态下成形性能[52]Fig.1.1Formingpropertiesof7921aluminumalloyunderdifferentstates[52].但W态具有很强的自然时效现象，在室温下放置，7xxx系合金硬度增加也很迅速，图1.2给出了7055铝合金经固溶后室温放置不同时间硬度增加情况。可以看出经固溶完成后的1h内，其硬度值上升了将近20HV。这表明W态完成后室温放置其成形性能也会随停放时间的延长而逐渐下降。这使得在实际成行过程中用W态的优良成型性并不容易实现。因而该方法理论上虽可行，但在实际应用中却难以进行，所以必须从其他方向进行突破。而T6态室温成型性虽然较差，但经研究表明7xxx系铝合金在一定温度下其成型性会有所提升[53]，该方法流程简单易行，是一种提高7xxx系合金成型性的途径。图1.27055铝合金硬度随自然时效时间变化情况Fig.1.2Hardnessof7055aluminumalloyundervariousnaturalagingtime.
重庆大学博士学位论文8除此之外，铝合金在常温下成型性较差但在高温下其成形性能显著增加。将材料加热至再结晶温度以上，可以提高其塑性及延展性，同时降低了材料屈服强度，使得塑性变形更加容易进行。如今，在高温下变形已被广泛应用到铝合金板材、型材等加工生产中。此外，改善合金自身塑性也能有效提高铝合金成形性能，影响铝合金成形性的主要因素有晶粒尺寸、晶粒形貌、析出相、变形温度及热处理状态。当变形温度及热处理条件已经确定的情况下，改善合金晶粒组织及析出相分布可以提高材料塑性，从而提高合金成型性。1.3.2形变热加工方法变形热处理工艺可以改善合金组织，细化晶粒，使合金拥有较好的塑性。变形热处理工艺最早应用于钢铁材料，E.DIRusso[54]最早将形变热处理应用于铝合金，并通过该工艺在塑性未发生明显降低的情况下提高了合金强度，并将该工艺命名为终变形热处理(FTMT)。此后，他于1974年提出了一种名为中间变形热处理(ITMT)工艺（为区分后面工艺，常用ISML-ITMT）[55]，该工艺与终变形热处理工艺的区别主要在于析出相是否作为一种辅助粒子参与到低温时效强化过程中[56]。1974年，J.Waldman[57]成功开发了FA-ITMT工艺，该工艺均匀化阶段采用多级降温并保温手段，这使得对初始态材料的要求较为宽泛，可以是铸锭、T6及T7态板材。WertJohnA[58]在总结前人的基础上，发展了一种能够获得更细小晶粒的方法，成功将7075铝合金晶粒细化到10μm。如图1.3所示，其工艺主要包括热轧→固溶→过时效→低温轧制→再结晶退火。图1.3铝合金厚板制备实验方案（虚线为ITMT工艺流程）[58]Fig.1.3Experimentalschemeforpreparationofaluminumalloythickplate(dottedlineisITMTprocess)[58]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金板材同步/异步轧制变形行为有限元分析[J]. 马存强,侯陇刚,庄林忠,张济山,姜枫,马彦东. 塑性工程学报. 2018(06)
[2]中国铝合金热轧工业的发展历史和现状（2）[J]. 王国军,王祝堂. 轻合金加工技术. 2018(10)
[3]差温轧制工艺对7050铝合金厚板组织与性能的影响[J]. 叶凌英,黄心悦,范世通,张研,邓运来. 中南大学学报(自然科学版). 2018(09)
[4]不同异速比异步轧制7050铝合金的组织演变及力学性能（英文）[J]. 马存强,侯陇刚,张济山,庄林忠. 材料热处理学报. 2018(09)
[5]中国铝合金热轧工业的发展历史和现状（1）[J]. 王国军,王祝堂. 轻合金加工技术. 2018(09)
[6]7056铝合金厚板轧制变形不均匀性的实验研究与数值模拟[J]. 昌江郁,陈送义,陈康华,周亮,袁丁玲. 中南大学学报(自然科学版). 2018(08)
[7]复合材料在航空工程中的应用研究现状及前景[J]. 周毅. 决策探索(中). 2018(08)
[8]时效处理对7050铝合金厚板材料组织、性能及残余应力的影响[J]. 万里,邓运来,范世通. 中国有色金属学报. 2018(07)
[9]差温轧制对厚板芯部变形的影响[J]. 李高盛,余伟,蔡庆伍. 轧钢. 2018(03)
[10]简议异步轧制技术及其应用[J]. 周静,刘娇姣. 轻合金加工技术. 2018(04)
博士论文
[1]高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金中厚板关键加工因素的基础研究[D]. 杨群英.重庆大学 2016
[2]异步轧制7xxx系铝合金中厚板形变及翘曲优化研究[D]. 马存强.北京科技大学 2016
[3]7085铝合金热加工力学行为及微观组织演变规律研究[D]. 刘文义.重庆大学 2014
[4]Al-Zn-Mg（Cu）合金的热处理、微观结构与性能研究[D]. 杨修波.湖南大学 2014
[5]高强高韧铝合金厚板的蛇形轧制研究[D]. 付垚.北京有色金属研究总院 2011
[6]铝合金厚板淬火—预拉伸内应力形成机理及其测试方法研究[D]. 廖凯.中南大学 2010
[7]AA 7055铝合金的时效析出行为与力学性能[D]. 陈军洲.哈尔滨工业大学 2008
[8]高性能7×75系铝合金厚板加工技术相关基础研究[D]. 林高用.中南大学 2006
硕士论文
[1]7055铝合金厚板淬火残余应力的测量与数值模拟[D]. 曹海龙.北京有色金属研究总院 2016
[2]基于Deform-3D的镁和镁合金冷拉拔数值模拟及实验研究[D]. 顾苏楠.东南大学 2016
[3]7A55铝合金厚板固溶及RRA制度研究[D]. 吴泽政.中南大学 2014
[4]新型高强铝合金厚板锻造组织演变与淬火残余应力研究[D]. 王金亮.太原科技大学 2013
[5]温度梯度对铝合金厚板轧制变形的影响[D]. 贺有为.中南大学 2012
[6]回归再时效处理制度对7055铝合金组织与性能的影响[D]. 黄乐瑜.中南大学 2011
[7]铝合金厚板振动时效的微屈服机理探讨与试验研究[D]. 郭俊康.中南大学 2010
[8]铝合金厚板淬火过程及预拉伸热—力仿真与实验研究[D]. 张园园.中南大学 2008
[9]异步轧制对铝及铝合金带材组织和性能的影响[D]. 郑健.广西大学 2007
本文编号：3538766
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
055铝合金硬度随自然时效时间变化情况
1绪论7成型性最差。所以选择W态对7xxx系铝合金进行成形比T6态更容易获得理想的成形效果。图1.17921铝合金不同状态下成形性能[52]Fig.1.1Formingpropertiesof7921aluminumalloyunderdifferentstates[52].但W态具有很强的自然时效现象，在室温下放置，7xxx系合金硬度增加也很迅速，图1.2给出了7055铝合金经固溶后室温放置不同时间硬度增加情况。可以看出经固溶完成后的1h内，其硬度值上升了将近20HV。这表明W态完成后室温放置其成形性能也会随停放时间的延长而逐渐下降。这使得在实际成行过程中用W态的优良成型性并不容易实现。因而该方法理论上虽可行，但在实际应用中却难以进行，所以必须从其他方向进行突破。而T6态室温成型性虽然较差，但经研究表明7xxx系铝合金在一定温度下其成型性会有所提升[53]，该方法流程简单易行，是一种提高7xxx系合金成型性的途径。图1.27055铝合金硬度随自然时效时间变化情况Fig.1.2Hardnessof7055aluminumalloyundervariousnaturalagingtime.
重庆大学博士学位论文8除此之外，铝合金在常温下成型性较差但在高温下其成形性能显著增加。将材料加热至再结晶温度以上，可以提高其塑性及延展性，同时降低了材料屈服强度，使得塑性变形更加容易进行。如今，在高温下变形已被广泛应用到铝合金板材、型材等加工生产中。此外，改善合金自身塑性也能有效提高铝合金成形性能，影响铝合金成形性的主要因素有晶粒尺寸、晶粒形貌、析出相、变形温度及热处理状态。当变形温度及热处理条件已经确定的情况下，改善合金晶粒组织及析出相分布可以提高材料塑性，从而提高合金成型性。1.3.2形变热加工方法变形热处理工艺可以改善合金组织，细化晶粒，使合金拥有较好的塑性。变形热处理工艺最早应用于钢铁材料，E.DIRusso[54]最早将形变热处理应用于铝合金，并通过该工艺在塑性未发生明显降低的情况下提高了合金强度，并将该工艺命名为终变形热处理(FTMT)。此后，他于1974年提出了一种名为中间变形热处理(ITMT)工艺（为区分后面工艺，常用ISML-ITMT）[55]，该工艺与终变形热处理工艺的区别主要在于析出相是否作为一种辅助粒子参与到低温时效强化过程中[56]。1974年，J.Waldman[57]成功开发了FA-ITMT工艺，该工艺均匀化阶段采用多级降温并保温手段，这使得对初始态材料的要求较为宽泛，可以是铸锭、T6及T7态板材。WertJohnA[58]在总结前人的基础上，发展了一种能够获得更细小晶粒的方法，成功将7075铝合金晶粒细化到10μm。如图1.3所示，其工艺主要包括热轧→固溶→过时效→低温轧制→再结晶退火。图1.3铝合金厚板制备实验方案（虚线为ITMT工艺流程）[58]Fig.1.3Experimentalschemeforpreparationofaluminumalloythickplate(dottedlineisITMTprocess)[58]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金板材同步/异步轧制变形行为有限元分析[J]. 马存强,侯陇刚,庄林忠,张济山,姜枫,马彦东. 塑性工程学报. 2018(06)
[2]中国铝合金热轧工业的发展历史和现状（2）[J]. 王国军,王祝堂. 轻合金加工技术. 2018(10)
[3]差温轧制工艺对7050铝合金厚板组织与性能的影响[J]. 叶凌英,黄心悦,范世通,张研,邓运来. 中南大学学报(自然科学版). 2018(09)
[4]不同异速比异步轧制7050铝合金的组织演变及力学性能（英文）[J]. 马存强,侯陇刚,张济山,庄林忠. 材料热处理学报. 2018(09)
[5]中国铝合金热轧工业的发展历史和现状（1）[J]. 王国军,王祝堂. 轻合金加工技术. 2018(09)
[6]7056铝合金厚板轧制变形不均匀性的实验研究与数值模拟[J]. 昌江郁,陈送义,陈康华,周亮,袁丁玲. 中南大学学报(自然科学版). 2018(08)
[7]复合材料在航空工程中的应用研究现状及前景[J]. 周毅. 决策探索(中). 2018(08)
[8]时效处理对7050铝合金厚板材料组织、性能及残余应力的影响[J]. 万里,邓运来,范世通. 中国有色金属学报. 2018(07)
[9]差温轧制对厚板芯部变形的影响[J]. 李高盛,余伟,蔡庆伍. 轧钢. 2018(03)
[10]简议异步轧制技术及其应用[J]. 周静,刘娇姣. 轻合金加工技术. 2018(04)
博士论文
[1]高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金中厚板关键加工因素的基础研究[D]. 杨群英.重庆大学 2016
[2]异步轧制7xxx系铝合金中厚板形变及翘曲优化研究[D]. 马存强.北京科技大学 2016
[3]7085铝合金热加工力学行为及微观组织演变规律研究[D]. 刘文义.重庆大学 2014
[4]Al-Zn-Mg（Cu）合金的热处理、微观结构与性能研究[D]. 杨修波.湖南大学 2014
[5]高强高韧铝合金厚板的蛇形轧制研究[D]. 付垚.北京有色金属研究总院 2011
[6]铝合金厚板淬火—预拉伸内应力形成机理及其测试方法研究[D]. 廖凯.中南大学 2010
[7]AA 7055铝合金的时效析出行为与力学性能[D]. 陈军洲.哈尔滨工业大学 2008
[8]高性能7×75系铝合金厚板加工技术相关基础研究[D]. 林高用.中南大学 2006
硕士论文
[1]7055铝合金厚板淬火残余应力的测量与数值模拟[D]. 曹海龙.北京有色金属研究总院 2016
[2]基于Deform-3D的镁和镁合金冷拉拔数值模拟及实验研究[D]. 顾苏楠.东南大学 2016
[3]7A55铝合金厚板固溶及RRA制度研究[D]. 吴泽政.中南大学 2014
[4]新型高强铝合金厚板锻造组织演变与淬火残余应力研究[D]. 王金亮.太原科技大学 2013
[5]温度梯度对铝合金厚板轧制变形的影响[D]. 贺有为.中南大学 2012
[6]回归再时效处理制度对7055铝合金组织与性能的影响[D]. 黄乐瑜.中南大学 2011
[7]铝合金厚板振动时效的微屈服机理探讨与试验研究[D]. 郭俊康.中南大学 2010
[8]铝合金厚板淬火过程及预拉伸热—力仿真与实验研究[D]. 张园园.中南大学 2008
[9]异步轧制对铝及铝合金带材组织和性能的影响[D]. 郑健.广西大学 2007
本文编号：3538766
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