發(fā)布時(shí)間：2022-01-05 07:35

　　7055鋁合金因其具有良好的使用性能被廣泛的應(yīng)用于航空航天等重要領(lǐng)域。傳統(tǒng)鑄造方法制備得到的7055鋁合金組織粗大、致密性低、性能不穩(wěn)定,制約了其使用。近些年來,噴射成形方法制備得到的7055鋁合金晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)致密、性能穩(wěn)定,受到了越來越多的關(guān)注。但是此種合金在熱處理過程中容易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力使得構(gòu)件在后續(xù)的機(jī)加工過程中發(fā)生變形及開裂,嚴(yán)重影響其使用壽命。因此,本文針對(duì)噴射成形7055鋁合金的殘余應(yīng)力問題,利用有限元模擬方法分析合金在淬火以及時(shí)效過程中殘余應(yīng)力的演變規(guī)律,并采用輪廓法測(cè)量殘余應(yīng)力來對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí),通過拉伸實(shí)驗(yàn)分析合金在不同熱處理工藝下的性能的演變,結(jié)合TEM技術(shù)分析合金組織演變,根據(jù)組織的演變規(guī)律歸納總結(jié)合金性能差異的機(jī)理。最后針對(duì)合金構(gòu)件在熱處理過程中出現(xiàn)的開裂進(jìn)行組織分析表征,分析其開裂機(jī)理,制定相關(guān)的優(yōu)化工藝,減少斷裂行為的發(fā)生。研究結(jié)果表明,噴射成形7055鋁合金在120°C/24h單級(jí)時(shí)效狀態(tài)下達(dá)到峰時(shí)效,其中經(jīng)過20°C水淬處理的合金,其屈服強(qiáng)度為692MPa,延伸率為10.8%,經(jīng)過80°C水淬處理的合金,其屈服強(qiáng)度為680MPa,延伸率為1... 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

噴射成形技術(shù)原理圖

用效果越好[29,30]。這是因?yàn)槲龀鱿鄰浬⒎植疾⑶页叽缂?xì)小時(shí)，位錯(cuò)越過析出相時(shí)受到的阻礙作用越明顯，所耗費(fèi)的能量越高，合金的強(qiáng)度越高。同時(shí)，研究表明，晶界上呈網(wǎng)狀連續(xù)分布的沉淀相對(duì)合金的韌性及塑性極為不利，因此需要控制相關(guān)的熱處理工藝，使得晶界沉淀相呈斷續(xù)分布。固溶處理溫度較高或者淬火速率較快時(shí)，容易形成晶界無析出帶，目前對(duì)晶界無析出帶的利弊尚無明確的定論，不過從力學(xué)性能以及抗應(yīng)力腐蝕的角度看，還是應(yīng)該盡量避免晶界無析出帶[31,32]。同時(shí)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，不同淬火速率下合金的組織呈現(xiàn)不同的形貌。圖1-2為傳統(tǒng)7055鋁合金分別在20°C和100°C淬火后的組織形貌圖[33]�？梢园l(fā)現(xiàn)，在20°C水中淬火時(shí)，基體中的非均勻形核被抑制，基本沒有析出相產(chǎn)生，但當(dāng)升高淬火溫度至100°C時(shí)，基體中會(huì)發(fā)生非均勻形核，這些提前析出相不會(huì)有強(qiáng)化效果，反而消耗了基體中的溶質(zhì)原子，減小了固溶體的過飽和度，在后續(xù)時(shí)效過程中降低時(shí)效強(qiáng)化效果。圖1-2傳統(tǒng)7055鋁合金不同淬火溫度下的TEM圖像(a)20°C水淬;(b)100°C淬火1.2.3淬火殘余應(yīng)力及其有限元分析當(dāng)物體收到外部的約束及力的作用時(shí)，在物體的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力與之平衡，在卸除所有約束及力后，物體內(nèi)部任然存留一定的應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。

，該類殘余應(yīng)力是在材料的晶粒范圍內(nèi)存在的。由于不同相之間存在差異，或者夾雜物與復(fù)合材料基體之間物理性質(zhì)的不同導(dǎo)致晶粒間存在殘余應(yīng)力。第二類殘余應(yīng)力的改變也會(huì)對(duì)構(gòu)件的尺寸造成影響。第三類殘余應(yīng)力(記為σⅢ)，這一類殘余應(yīng)力的作用范圍極小，通常只在晶粒的原子范圍內(nèi)起作用，并且不同原子范圍內(nèi)其大小也不同。但與其余兩類殘余應(yīng)力不同的是，第三類殘余應(yīng)力由于作用范圍小，其平衡狀態(tài)被破壞的情況下材料的尺寸不會(huì)發(fā)生改變。本文所研究的7055鋁合金的殘余應(yīng)力屬于第一類殘余應(yīng)力，即宏觀區(qū)域內(nèi)的殘余應(yīng)力。圖1-3是采用裂紋柔度法測(cè)試傳統(tǒng)7055鋁合金不同淬火溫度下內(nèi)部的殘余應(yīng)力水平[38]。測(cè)試結(jié)果符合典型的殘余應(yīng)力分布規(guī)律，表層壓應(yīng)力心部拉應(yīng)力，應(yīng)力水平較高達(dá)到200MPa左右。對(duì)比還發(fā)現(xiàn)，隨著水溫升高淬火殘余應(yīng)力水平逐漸降低，但應(yīng)力分布趨勢(shì)基本相同[39,40]。當(dāng)淬火溫度升高到80°C時(shí)，其應(yīng)力水平有大幅度的降低，說明提高淬火溫度對(duì)于降低殘余應(yīng)力效果顯著。噴射成形7055鋁合金其強(qiáng)度相比傳統(tǒng)7055鋁合金更高，相應(yīng)的應(yīng)力水平也比較高，因此有必要通過提高淬火溫度來降低內(nèi)部的應(yīng)力。圖1-3裂紋柔度法測(cè)量傳統(tǒng)7055鋁合金不同淬火溫度下殘余應(yīng)力隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)來模擬分析發(fā)揮著越來越重要的作用。有限元模擬分析是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)淬火過程進(jìn)行模擬，建立數(shù)學(xué)模型，得到各個(gè)物理場(chǎng)之間的演變及分布規(guī)律[41]。運(yùn)用有限元分析軟件測(cè)定殘余應(yīng)力是目前運(yùn)用較

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本文編號(hào)：3570025