7055铝合金及环轧件的组织与热处理工艺

发布时间：2017-09-12 10:38

  本文关键词：7055铝合金及环轧件的组织与热处理工艺

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【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金具有强度高、密度低、焊接性能良好及加工性能好等特点而广泛用于航天航空领域,其性能与时效析出相密切相关。本文深入结合工厂实际生产情况,研究热处理对7055合金组织及力学性能影响,控制析出相,确定最佳热处理工艺。在此基础上分析大型环件不同部位的组织形貌,结合Ansys有限元模拟,分析淬火过程中的温度场与应力场,揭示大型环件不同部位性能差异的微观机理。试验结果表明随着固溶温度升高,抗拉强度和屈服强度缓慢升高,在470℃达到峰值,升高温度至480℃时,抗拉强度和屈服强度明显下降,合金的延伸率随固溶温度的升高而增大,固溶温度达460℃时,延伸率达到最大值(约30%)。双级固溶实验表明,合金经450℃,固溶60min处理后升温至不同温度固溶60min可以提高合金的抗拉强度和屈服强度。在二级固溶温度不变的条件下,提高一级固溶温度同样有类似效果。合金的最佳双级固溶工艺一级固溶处理450℃固溶60min,二级固溶为480℃固溶60min,抗拉强度与屈服强度比单级固溶提高19%和22%.力学测试表明,合金470℃固溶4h处理后,时效处理都显著影响合金的力学性能,随着合金时效温度的升高和时效时间的延长,合金的屈服强度和抗拉强度均先上升后下降,时效处理显著降低合金的延伸率,合金经470℃固溶4h及120℃时效4h后,抗拉强度达到660MPa,屈服强度达到605Mpa,延伸率为21%。XRD分析表明挤压态合金室温组织主要由α-Al、Al2Zn3Mg3、Mg Zn2(η相)和Al2Cu Mg相(S相)组成,随固溶温度升高,Al2Zn3Mg3相衍射峰强度逐渐下降,480℃固溶时其衍射峰消失。480℃固溶4h后依然有Mg Zn2相和Al2Cu Mg相。7055铝合金经120℃时效4h,晶内析出相为细小球状η'相;时效8h,合金基体中出现两种析出物,一种为圆球状η'相,另一种为针状η相,晶内析出相以η'相为主,继续延长时效时间,圆球状η'相消失,晶内析出相主要为针状η相。时效24h,针状析出相η相全部为粗化成棒状的η相。SEM观察表明合金经环轧后,部分粗大第二相被挤碎并沿一定方向分布。XRD衍射图谱和EDS表明粗大的第二相为Mg Zn2(η)相、Al2Cu Mg相和Al2Zn3Mg3相。合金锻环不同部位均有第二相析出,析出相数量种类及分布上随部位的不同而存在变化,环件表面第二相分布更为弥散,细小。Ansys有限元模拟圆环淬火应力场与温度场,其中温度场对称分布,由表层与内部巨大的温度梯度逐渐降低。圆环的应力场分布不规则,由于冷却速度的差异,圆环边缘处总是应力峰值出现的区域,温度梯度越大,表层峰值应力越高。其应力场中的拉应力与压热应力都使圆环引发塑性变形,塑性变形容易发生在淬火初始时期。
【关键词】：7055铝合金 力学性能 微观组织 析出相 有限元模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG166.3;TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 7000 系铝合金中的析出相及析出序列11-14
• 1.2.1 GP区（GPI和GPII）12-13
• 1.2.2 η'亚稳相13
• 1.2.3 η平衡相13
• 1.2.4 7000 系铝合金析出序列13-14
• 1.3 残余应力定义和研究发展概况14-15
• 1.4 超高强铝合金淬火残余应力研究现状与分析15-16
• 1.4.1 残余应力产生过程15-16
• 1.4.2 超高强铝合金淬火残余应力数值模拟技术研究现状与分析16
• 1.5 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 试验材料和方法18-20
• 2.1 试验材料18
• 2.2 组织结构分析18-19
• 2.3 力学性能实验19
• 2.4 过烧温度测试19-20
• 第3章 热处理工艺对7055铝合金微观组织及力学性能的影响20-41
• 3.1 引言20
• 3.2 固溶处理对7055铝合金组织与性能的影响20-33
• 3.2.1 合金过烧温度的确定20-21
• 3.2.2 单级固溶温度对合金力学性能的影响21-22
• 3.2.3 单级固溶温度对合金显微组织的影响22-24
• 3.2.4 单级固溶时间对7055铝合金力学性能的影响24-26
• 3.2.5 单级固溶时间对合金显微组织的影响26-28
• 3.2.6 双级固溶制度对合金力学性能的影响规律28-31
• 3.2.7 双级固溶工艺下的断口形貌31-33
• 3.3 时效对7055铝合金力学性能与组织结构的影响33-39
• 3.3.1 单级时效对7055铝合金力学性能的影响33-35
• 3.3.2 不同单级时效温度断口形貌分析35-36
• 3.3.3 单级时效时间对7055铝合金微观组织结构的影响36-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 7055 铝合金大型锻环不同位置微观组织分析41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 环轧后7055合金的微观组织41-52
• 4.3 固溶时效态7055铝合金环件52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 7055 铝合金锻环淬火过程中的温度场与应力场数值模拟55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 计算应力场与温度场模型的建立55-56
• 5.3 合金大型锻环淬火温度场数值模型56-57
• 5.4 合金大型锻环淬火应力场数值模型57-63
• 5.5 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 胥维勋;铝合金的淬火工艺和残余淬火应力[J];航天工艺;1989年04期

2 杨立斌,曾有云,彭大暑;铝合金锻件淬火的数值模拟[J];湘潭大学自然科学学报;2005年02期

3 王少辉;易幼平;黄始全;廖国防;;大型铝合金框梁结构航空模锻件淬火残余应力分析[J];宇航材料工艺;2011年04期

4 廖凯;吴运新;郭俊康;;振动时效在铝合金厚板应力消减中的局限与应用[J];振动与冲击;2012年14期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 樊喜刚;Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 胡少虬;大直径高强度高塑性高弹性模量铝合金研制及淬火残余应力演变规律研究[D];中南大学;2007年

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本文编号：836740