運(yùn)載火箭是人類(lèi)探索宇宙的重要途徑,也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的主要標(biāo)志,被越來(lái)越多的大國(guó)強(qiáng)國(guó)所重視。如今,隨著人類(lèi)加快對(duì)宇宙探索,運(yùn)載火箭的需求量也越來(lái)越大,因而對(duì)運(yùn)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(yùn)載火箭構(gòu)件的生產(chǎn)制造。其力學(xué)性能主要取決于熱處理?xiàng)l件,主要包括固溶,淬火和時(shí)效處理過(guò)程。淬火因子分析方法（QFA）已經(jīng)廣泛用于描述連續(xù)淬火對(duì)金屬力學(xué)性能的影響,特別是鋁合金和鋼,該模型基于時(shí)間-溫度-性能（TTP）曲線或時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變量（TTT）曲線,根據(jù)已知的淬火速率曲線,計(jì)算淬火過(guò)程中,材料力學(xué)性能的損失量,從而用于預(yù)測(cè)材料的性能,但是由于材料TTT曲線很難從實(shí)驗(yàn)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(jù)不同淬火速率下,時(shí)效相同時(shí)間的材料屈服強(qiáng)度值,所以該模型只能預(yù)測(cè)不同淬火速率下,時(shí)效一定時(shí)間材料的屈服強(qiáng)度。而析出強(qiáng)化模型（PS模型）著重于時(shí)效處理過(guò)程析出物物理參數(shù)的演變過(guò)程對(duì)材料性能的影響,該模型可以預(yù)測(cè)整個(gè)時(shí)效過(guò)程,材料屈服強(qiáng)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(gè)分析模型,... 

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大型運(yùn)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2了多個(gè)零部件的一體化制造，大大地降低了生產(chǎn)周期和成本[15]。然而，這些“一體化”制造工藝下的構(gòu)件，依然靠取樣測(cè)試的方法對(duì)構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法給出構(gòu)件的整體性能，工藝的流程也只是依靠經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有有效的理論模型去指導(dǎo)這一生產(chǎn)制造過(guò)程，這就需要大量的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，并且由于構(gòu)件形狀的復(fù)雜性，在制試樣的機(jī)加工過(guò)程也會(huì)對(duì)構(gòu)件相應(yīng)的部位存在一定的影響，造成對(duì)其評(píng)估不準(zhǔn)確。圖1-1大型運(yùn)載火箭構(gòu)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(yùn)載火箭廣泛使用的一種材料，運(yùn)載火箭的大部分構(gòu)件都使用這種鋁合金，并使用一體化制造工藝生產(chǎn)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(zhì)量百分比）該合金屬于可熱處理強(qiáng)化合金，主要強(qiáng)化相為θ′相（Al2Cu）。該合金的在高溫和低溫下都有很高的強(qiáng)度。ZL205A合金在ZL201的基礎(chǔ)上加入V、Zr、B等元素，加入少量的Cd可以改善人工時(shí)效效果，能使鑄件強(qiáng)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(qiáng)高韌、低密度和機(jī)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(guò)程中形成T相（Al12Mn2Cu），能夠起到一定的強(qiáng)化作用。Ti，V和Zr的作用相似，會(huì)與Al形成化合物，起到細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能的作用。B與Ti會(huì)形成顆粒，作為異質(zhì)形核的核心，同樣起到細(xì)化晶粒的作用。相比于上述微量元素，Cd的作用更加顯著，會(huì)影響Al-Cu合金的時(shí)效析出行為，強(qiáng)化時(shí)效作用，提高合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度[17,18]。但是Cd對(duì)時(shí)效過(guò)程的影響目前并沒(méi)有定量化研究。如圖1-3所示，為大型航天殼體構(gòu)件在“一體化”制造過(guò)程中各參數(shù)的演變過(guò)程。在“一體化”制造過(guò)程中，其中溫度參數(shù)是隨著工藝過(guò)程在不斷的變化，溫度梯度也是不斷變化，相應(yīng)的也會(huì)導(dǎo)致合金的微觀組織演變有所變化，其強(qiáng)度也在不斷的變化，在鑄造與固溶階段，材料的強(qiáng)度有一個(gè)稍微的下降，這是由于鑄造產(chǎn)生的強(qiáng)化析出相溶解的原因，而在淬火后，隨著時(shí)效時(shí)間的增加，材料的強(qiáng)度在持續(xù)增加，這是由于時(shí)效期間材料的析出相持續(xù)析出和長(zhǎng)大，增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度，這也是工藝所需要力學(xué)特性。但是，在淬火過(guò)程中，由于淬火速率快，導(dǎo)致變形和殘余應(yīng)力較大，很難控制，尤其對(duì)于大型殼體件，變形量殼占制造過(guò)程的70%[19]。另外偏析也是一個(gè)問(wèn)題，由于ZL205A的成分特點(diǎn)，在鑄造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的偏析，其結(jié)果是導(dǎo)致構(gòu)件中的成分分布不均，導(dǎo)致其在后續(xù)的熱處理階段出現(xiàn)局部力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)的情況[20]。圖1-3構(gòu)件制造全過(guò)程的各參數(shù)演化由于運(yùn)載火箭構(gòu)件尺寸較大，且具有一定的壁厚，在淬火過(guò)程中構(gòu)件不同部位的冷卻速度也有所區(qū)別，所以會(huì)影響到后續(xù)的人工時(shí)效過(guò)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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