運載火箭是人類探索宇宙的重要途徑,也是衡量一個國家綜合國力的主要標志,被越來越多的大國強國所重視。如今,隨著人類加快對宇宙探索,運載火箭的需求量也越來越大,因而對運載火箭提出了高可靠、高效率、低成本的要求。ZL205A鋁合金是可熱處理合金,被廣泛用于大型運載火箭構件的生產制造。其力學性能主要取決于熱處理條件,主要包括固溶,淬火和時效處理過程。淬火因子分析方法（QFA）已經廣泛用于描述連續(xù)淬火對金屬力學性能的影響,特別是鋁合金和鋼,該模型基于時間-溫度-性能（TTP）曲線或時間-溫度-轉變量（TTT）曲線,根據已知的淬火速率曲線,計算淬火過程中,材料力學性能的損失量,從而用于預測材料的性能,但是由于材料TTT曲線很難從實驗中獲得精確的曲線,所以大多使用TTP曲線。由于TTP曲線是根據不同淬火速率下,時效相同時間的材料屈服強度值,所以該模型只能預測不同淬火速率下,時效一定時間材料的屈服強度。而析出強化模型（PS模型）著重于時效處理過程析出物物理參數的演變過程對材料性能的影響,該模型可以預測整個時效過程,材料屈服強度的演變,但是需要淬火后析出物的損耗量作為輸入條件。本文基于上述兩個分析模型,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

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大型運

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文2了多個零部件的一體化制造，大大地降低了生產周期和成本[15]。然而，這些“一體化”制造工藝下的構件，依然靠取樣測試的方法對構件的力學性能進行測試，無法給出構件的整體性能，工藝的流程也只是依靠經驗，沒有有效的理論模型去指導這一生產制造過程，這就需要大量的時間成本和經濟成本，并且由于構件形狀的復雜性，在制試樣的機加工過程也會對構件相應的部位存在一定的影響，造成對其評估不準確。圖1-1大型運載火箭構件圖1-2一體化制造工藝流程在建立有效的理論模型之前，首先需要確定具體材料。ZL205A作為運載火箭廣泛使用的一種材料，運載火箭的大部分構件都使用這種鋁合金，并使用一體化制造工藝生產制造[16]。其合金的主要成分如下表1-1所示:表1-1ZL205A鋁合金主要成分（質量百分比）該合金屬于可熱處理強化合金，主要強化相為θ′相（Al2Cu）。該合金的在高溫和低溫下都有很高的強度。ZL205A合金在ZL201的基礎上加入V、Zr、B等元素，加入少量的Cd可以改善人工時效效果，能使鑄件強度大大提升，合金CuMnTiZrVCdBAl4.960.450.170.100.160.150.006Bal.

慷卻笥赯L204。該合金具有高強高韌、低密度和機加工性能優(yōu)良等特性。微量元素雖然含量少，但也起到重要的作用。其中Mn與Al、Cu在固溶處理過程中形成T相（Al12Mn2Cu），能夠起到一定的強化作用。Ti，V和Zr的作用相似，會與Al形成化合物，起到細化晶粒，提高機械性能的作用。B與Ti會形成顆粒，作為異質形核的核心，同樣起到細化晶粒的作用。相比于上述微量元素，Cd的作用更加顯著，會影響Al-Cu合金的時效析出行為，強化時效作用，提高合金抗拉強度和屈服強度[17,18]。但是Cd對時效過程的影響目前并沒有定量化研究。如圖1-3所示，為大型航天殼體構件在“一體化”制造過程中各參數的演變過程。在“一體化”制造過程中，其中溫度參數是隨著工藝過程在不斷的變化，溫度梯度也是不斷變化，相應的也會導致合金的微觀組織演變有所變化，其強度也在不斷的變化，在鑄造與固溶階段，材料的強度有一個稍微的下降，這是由于鑄造產生的強化析出相溶解的原因，而在淬火后，隨著時效時間的增加，材料的強度在持續(xù)增加，這是由于時效期間材料的析出相持續(xù)析出和長大，增強了材料的強度，這也是工藝所需要力學特性。但是，在淬火過程中，由于淬火速率快，導致變形和殘余應力較大，很難控制，尤其對于大型殼體件，變形量殼占制造過程的70%[19]。另外偏析也是一個問題，由于ZL205A的成分特點，在鑄造過程中會產生一定的偏析，其結果是導致構件中的成分分布不均，導致其在后續(xù)的熱處理階段出現局部力學性能不達標的情況[20]。圖1-3構件制造全過程的各參數演化由于運載火箭構件尺寸較大，且具有一定的壁厚，在淬火過程中構件不同部位的冷卻速度也有所區(qū)別，所以會影響到后續(xù)的人工時效過程，影響到組織演變，從而影響到其性能[21]，如圖1-4所示，某大


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