【摘要】：Al-Cu系鋁合金具有優(yōu)良的綜合性能,廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)。為了獲得高的強度,固溶淬火處理是鋁合金重要的熱處理工序,在淬火處理過程中會引入很大的殘余應(yīng)力,對構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性、應(yīng)力腐蝕性能、疲勞強度等性能有很大的影響,而且,在后續(xù)的機加工過程中會造成很大的變形,因此,調(diào)控和預(yù)測鋁合金坯材中的殘余應(yīng)力,對提高構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性等性能具有重要的意義。本文分別基于裂紋柔度法和輪廓法建立了鋁合金厚板殘余應(yīng)力表征方法,結(jié)合有限元模擬分析了引發(fā)測試誤差的因素并進行了修正;確定了插值函數(shù)類型及階數(shù)選取準則。分析表明,當裂紋柔度法和輪廓法應(yīng)用于大尺寸板材的殘余應(yīng)力測試時,取樣的長寬尺寸應(yīng)大于2.5倍的厚度才能較好地保持大尺寸板材的殘余應(yīng)力狀態(tài)。分別采用裂紋柔度法與輪廓法對2A14鋁合金板材的淬火殘余應(yīng)力進行了測試,并與XRD、超聲波殘余應(yīng)力測試的結(jié)果進行綜合對比。對比表明,兩種方法的測試測試誤差小于15MPa,證實了裂紋柔度法與輪廓法的可靠性。根據(jù)淬火殘余應(yīng)力分布的相似性,實現(xiàn)了基于表層殘余應(yīng)力測試數(shù)據(jù)的體殘余應(yīng)力預(yù)測,建立了2A14鋁合金厚板殘余應(yīng)力的預(yù)測數(shù)值模型。模型預(yù)測的結(jié)果和實驗測試結(jié)果最大偏差小于18.2%。研究基于熱壓縮和高溫蠕變實驗,建立了固溶淬火態(tài)2A14鋁合金的高溫變形和蠕變變形的本構(gòu)方程。應(yīng)用DFORM-HT的迭代計算方法,計算了三維傳熱情況下2A14鋁合金與換熱介質(zhì)的換熱系數(shù)。將高溫變形本構(gòu)方程、蠕變本構(gòu)方程、換熱系數(shù)應(yīng)用到ABAQUS有限元軟件,建立了熱處理過程中2A14鋁合金殘余應(yīng)力演化模型,實現(xiàn)了殘余應(yīng)力的演變過程的描述,分析各因素對淬火殘余應(yīng)力消減行為的的影響。分析表明,淬火殘余應(yīng)力隨著淬火速率的降低而降低;時效過程中淬火殘余應(yīng)力逐漸下降,在時效初期下降較快、后期逐漸趨于穩(wěn)定;在反淬火過程中,隨著高低溫介質(zhì)的溫差和高溫介質(zhì)的換熱系數(shù)的增大,殘余應(yīng)力消減率提高。隨著反淬火循環(huán)次數(shù)的增加,殘余應(yīng)力消減率逐漸增大;反淬火循環(huán)次數(shù)在3~4次最佳,繼續(xù)增加次數(shù)無顯著效果。采用XRD和裂紋柔度法測試了不同熱處理態(tài)的殘余應(yīng)力,測試結(jié)果與模擬結(jié)果的最大偏差在11.2~15.7%內(nèi),說明本文建立的殘余應(yīng)力仿真模型準確可靠。對2A14鋁合金板材淬火殘余應(yīng)力的消減工藝進行了研究,系統(tǒng)地表征了不同消減工藝下板材的殘余應(yīng)力、力學(xué)性能、微觀組織以及尺寸穩(wěn)定性。研究表明,淬火冷卻速率對殘余應(yīng)力有重要的影響,降低淬火速率可使體殘余應(yīng)力明顯降低,但同時-會導(dǎo)致力學(xué)性能的下降。沸水淬火時,合金中發(fā)生第二相析出及快速長大,合金的時效強化效果降低。與20℃水淬相比,經(jīng)80℃水淬后,2A14鋁合金板材的淬火殘余應(yīng)力降低73.7%,而強度僅降13%。反淬火和冷熱循環(huán)處理可消除23~40.7%的淬火殘余應(yīng)力,而合金的力學(xué)性能無明顯變化、微屈服強度有輕微提高。2A14鋁合金的尺寸穩(wěn)定性主要與殘余應(yīng)力的大小有關(guān),殘余應(yīng)力越低,材料的尺寸穩(wěn)定性越好。建立了2A14鋁合金構(gòu)件構(gòu)件淬火殘余應(yīng)力的模壓消減工藝有限元仿真模型。分析了模壓量、摩擦系數(shù)、模具型面、材料時效狀態(tài)對殘余應(yīng)力消減效果的影響。對于本文研究的構(gòu)件,經(jīng)2%模壓取得最好的殘余應(yīng)力消減效果;降低構(gòu)件與模具間的摩擦系數(shù)、保證構(gòu)件各部分發(fā)生均勻壓縮以及在固溶淬火態(tài)實施模壓,均有利于殘余應(yīng)力的消除。采用輪廓法對淬火態(tài)及模壓態(tài)構(gòu)件的構(gòu)件的殘余應(yīng)力進行測試,測試結(jié)果與模擬結(jié)果吻合較好,構(gòu)件心部等典型位置預(yù)測誤差小于12.2%,表明本文建立的有限元仿真模型準確可靠。
【圖文】：

第I、II、III類殘余應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力分布示意圖

不同加工方式產(chǎn)生的殘余應(yīng)力[6]
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;第12屆全國殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會在武漢召開[J];理化檢驗(物理分冊);2003年01期

2 陳鵬;振動消除宏觀殘余應(yīng)力的機理研究[J];電焊機;2005年01期

3 ;第15屆全國殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會第1輪通知[J];電鍍與環(huán)保;2009年03期

4 ;第15屆全國殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會于10月在重慶召開[J];中國表面工程;2009年03期

5 周喜來;蔣士杰;劉瑞光;;石化在役設(shè)備的焊縫殘余應(yīng)力的消除與控制[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2012年02期

6 ;第17屆全國殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)會議暨國際殘余應(yīng)力研討會(第1輪通知)[J];中國機械工程;2013年08期

7 ;2013年全國殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)會議暨國際殘余應(yīng)力研討會將在上海召開[J];中國表面工程;2013年02期

8 高路;圓筒殘余應(yīng)力的測定法[J];化工設(shè)備設(shè)計;1979年04期

9 李廣鐸;蘇建新;王維容;劉柏梁;;鞲鞴?jié)q圈殘余應(yīng)力的測試與分析[J];機車車輛工藝;1982年05期

10 曾春華;;殘余應(yīng)力對疲勞的影響[J];機械強度;1984年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 陳超;潘春旭;;殘余應(yīng)力測量技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[A];湖北省第九屆熱處理年會論文集[C];2004年

2 游敏;鄭小玲;;對接接頭橫向殘余應(yīng)力調(diào)控技術(shù)研究[A];中西南十省區(qū)（市）焊接學(xué)會聯(lián)合會第九屆年會論文集[C];2006年

3 張小勇;楚建新;葉軍;陸艷杰;劉鑫;;銅應(yīng)力緩解層對陶瓷-金屬連接殘余應(yīng)力的影響[A];電子陶瓷，陶瓷，，金屬封接與真空開頭管用管殼的技術(shù)進步專輯[C];2006年

4 鄭杰;張顯程;;高溫環(huán)境誘導(dǎo)的表面強化處理殘余應(yīng)力的釋放[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 朱麗娜;徐濱士;王海斗;王成彪;;相關(guān)技術(shù)在殘余應(yīng)力檢測中的應(yīng)用[A];第八屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議暨第三屆青年表面工程學(xué)術(shù)論壇論文集（二）[C];2010年

6 潘勤學(xué);栗勇;徐春廣;肖定國;楊向臣;伍懿;;超聲法焊縫殘余應(yīng)力檢測技術(shù)研究[A];2011年機械電子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 任小平;劉怡;;一種無損測試焊接板件殘余應(yīng)力的方法[A];第九屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅲ卷[C];2000年

8 游敏;鄭小玲;;對接接頭橫向殘余應(yīng)力調(diào)控技術(shù)研究[A];湖北省暨武漢焊接學(xué)會成立二十五周年2005年焊接學(xué)術(shù)年會文集[C];2005年

9 宇慧平;韓長錄;;超高強鋼電阻點焊殘余應(yīng)力研究[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

10 鄭永男;左翼;周冬梅;范平;袁大慶;朱升云;;正電子湮沒方法研究材料中殘余應(yīng)力[A];第四屆全國反應(yīng)堆物理與核材料學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2009年

相關(guān)重要報紙文章 前6條

1 實習(xí)記者 王恒;控制殘余應(yīng)力——尋找加工變形的解決之道[N];中國航空報;2014年

2 陶萍萍;中建鋼構(gòu)用新技術(shù)消除鋼板墻殘余應(yīng)力[N];現(xiàn)代物流報;2013年

3 ;殘余應(yīng)力與加工變形控制技術(shù)[N];中國航空報;2013年

4 ;抗疲勞制造工藝優(yōu)化方案[N];中國航空報;2013年

5 ;殘余應(yīng)力與變形控制整體解決方案在航空鋁合金鍛件中的應(yīng)用[N];中國航空報;2013年

6 藺軍 謝艷花;央視新樓鋼構(gòu)制作特點與加工工藝[N];建筑時報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 姜杰鳳;高鎖螺栓干涉安裝及其對螺接結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響[D];浙江大學(xué);2014年

2 宋文濤;殘余應(yīng)力超聲無損檢測與調(diào)控技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2016年

3 張崢;飛機弱剛性鋁合金結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力和加工變形控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

4 李峰;基于定位強化感應(yīng)加熱技術(shù)的磨削表面殘余應(yīng)力控制研究[D];清華大學(xué);2015年

5 王軍強;大型殼體結(jié)構(gòu)焊接變形及殘余應(yīng)力調(diào)控方法研究[D];北京交通大學(xué);2016年

6 董亞波;2A14鋁合金厚板殘余應(yīng)力表征及消減工藝研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 劉海濤;精密薄壁回轉(zhuǎn)體零件加工殘余應(yīng)力及變形的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 曹江;2A02高強度鋁合金熱加工殘余應(yīng)力研究及其數(shù)值模擬[D];西南石油大學(xué);2014年

9 朱麗娜;基于納米壓痕技術(shù)的涂層殘余應(yīng)力研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2013年

10 陶波;熱壓玻璃透鏡里的殘余應(yīng)力研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馮誠誠;Ti-TiN-Zr-ZrN多層膜殘余應(yīng)力及疲勞性能的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 任喜強;熱軋H700×300型鋼殘余應(yīng)力的控制[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

3 宋金潮;非調(diào)質(zhì)鋼棒材軋后冷卻過程殘余應(yīng)力數(shù)值模擬及實驗研究[D];燕山大學(xué);2015年

4 翟紫陽;超高強鋼厚板結(jié)構(gòu)件MIG焊溫度場應(yīng)力場數(shù)值模擬及試驗研究[D];南京理工大學(xué);2015年

5 康玲;正交異性鋼橋面板縱、橫肋焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬[D];西南交通大學(xué);2015年

6 孫彥文;Q345B鋼等離子-MAG復(fù)合焊工藝研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 王曉臣;面向衛(wèi)星零件工藝設(shè)計的拓撲優(yōu)化技術(shù)研究[D];北華航天工業(yè)學(xué)院;2015年

8 劉何亮;U肋與頂板連接焊縫殘余應(yīng)力的三維數(shù)值模擬[D];西南交通大學(xué);2015年

9 周鵬;微晶玻璃磨削表面的殘余應(yīng)力研究[D];蘇州大學(xué);2015年

10 張愛愛;基于SYSWELD的7A52鋁合金雙絲MIG焊殘余應(yīng)力分析[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2015年

本文編號：2555574