為獲得理想性能,航空鋁合金厚板在生產(chǎn)過程中需經(jīng)歷軋制、固溶淬火、預(yù)拉伸和時效強(qiáng)化等工藝過程。其中,厚板在進(jìn)行固溶淬火處理時整體溫度變化異常劇烈,內(nèi)部產(chǎn)生較高殘余應(yīng)力。近年來,借助數(shù)值模擬的手段分析鋁合金厚板內(nèi)部固溶淬火殘余應(yīng)力分布狀態(tài)并對其進(jìn)行消減處理是研究關(guān)注的熱點。介紹基于有限元方法的7xxx系航空鋁合金厚板固溶淬火及預(yù)拉伸處理過程中板材內(nèi)部殘余應(yīng)力演化規(guī)律研究現(xiàn)狀,對固溶淬火和預(yù)拉伸仿真計算過程中所用方法及模型參數(shù)進(jìn)行歸納,展望該領(lǐng)域未來的重點研究內(nèi)容和發(fā)展方向。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報. 2020,30(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

飛機(jī)整體框架翹曲變形[23]Fig.1Warpdistortionofaircraftframeaftermachining[23]

元仿真計算研究現(xiàn)狀金屬材料在制坯、熱處理和后續(xù)加工過程中，由于溫度變化導(dǎo)致其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非協(xié)調(diào)變形或非協(xié)調(diào)變形的趨勢等原因都會或多或少的產(chǎn)生殘余應(yīng)力。目前，殘余應(yīng)力按尺度主要分為宏觀、介觀和微觀3類[30]。同時，由于溫度變化所引起的殘余應(yīng)力又可分為熱殘余應(yīng)力和相變殘余應(yīng)力2類，劃分標(biāo)準(zhǔn)即為溫度變化(熱處理)過程中材料內(nèi)部是否發(fā)生固態(tài)相變。IMIR等[31]描述了金屬材料熱處理過程中材料內(nèi)部化學(xué)成分、微觀組織、溫度場和應(yīng)力場等多物理場之間的耦合作用關(guān)系，如圖2所示。由圖2中可以看出，溫度驅(qū)動相變、潛熱、應(yīng)力、應(yīng)變、熱量傳輸?shù)冗^程貫穿于整個熱處理過程，因此在進(jìn)行模擬計算時應(yīng)綜合考慮多物理場之間的相互關(guān)系對材料內(nèi)部殘余應(yīng)力分布的影響。圖2熱處理過程中所涉及的多物理場及耦合作用關(guān)系[31]Fig.2Physicalfieldsandcouplingreactionsduringheattreatments[31]事實上，關(guān)于固溶淬火過程中金屬材料組織和性能轉(zhuǎn)變的研究最早可追溯至20世紀(jì)30年代，國外學(xué)者通過對鋼冷卻過程的研究相繼提出了等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)和連續(xù)冷卻曲線(CCT)曲線[32]，而借助數(shù)值模擬手段研究材料的固溶淬火過程則興起于20世紀(jì)70~80年代并于1984年在瑞典召開了第一屆國際熱處理過程內(nèi)應(yīng)力計算學(xué)術(shù)研討會，美國金屬學(xué)會(ASMinternational)于2000年提出對于制造業(yè)而言數(shù)值模擬是代表先進(jìn)熱處理工藝的一項關(guān)鍵技術(shù)，由此可見包括固溶淬火數(shù)值模擬在內(nèi)的熱處理仿真技術(shù)的重要地位[3334]。國內(nèi)關(guān)于金屬材料固溶淬火過程的數(shù)值模擬研究起源于20世紀(jì)80年代，上海交通大學(xué)潘健生院士[3536]、清華大學(xué)劉莊教授

第30卷第5期�？�，等：航空鋁合金厚板殘余應(yīng)力數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀9672預(yù)拉伸消減鋁合金厚板殘余應(yīng)力有限元仿真計算研究現(xiàn)狀與深冷處理、模壓和機(jī)械振動等手段相比，預(yù)拉伸法是消除或降低形狀結(jié)構(gòu)較為簡單的鋁合金厚板內(nèi)部殘余應(yīng)力的有效途徑，拉伸過程中板內(nèi)固溶淬火殘余應(yīng)力在厚板產(chǎn)生塑性屈服后得到消減，具體演變過程如圖4所示。圖4固溶淬火鋁合金厚板預(yù)拉伸過程殘余應(yīng)力重新分布示意圖[41]Fig.4Residualstressredistributionbehaviorinquenchedthickaluminumplateduringpre-stretchingprocess[41]:(a)Quenchingstage;(b)Pre-stretchingstage;(c)Finalstage2.1預(yù)拉伸量對厚板殘余應(yīng)力的影響鋁合金厚板預(yù)拉伸過程中，預(yù)拉伸量反映了厚板塑性變形程度的大小，直接影響厚板內(nèi)部殘余應(yīng)力狀態(tài)的改變程度�？掠沉值萚41]針對含有淬火殘余應(yīng)力場的7075鋁合金毛坯進(jìn)行了不同拉伸量的殘余應(yīng)力消除過程數(shù)值模擬，結(jié)果表明當(dāng)預(yù)拉伸量為3%時鋁合金毛坯將產(chǎn)生2.1%~2.6%的塑性形變，殘余應(yīng)力消除率約為86%，具體如圖5所示。圖5不同預(yù)拉伸量對鋁合金厚板內(nèi)殘余應(yīng)力水平的影響[41]Fig.5Effectofdifferentpre-stretchedratesonquenching-inducedresidualstressesinthickaluminumplate[41]張園園等[66]通過建立含有淬火殘余應(yīng)力場的7075鋁合金厚板預(yù)拉伸有限元模型，模擬了不同預(yù)拉伸量(2.0%、2.3%、2.5%、2.8%、3.0%)條件下板內(nèi)殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)和消減程度。結(jié)果表明當(dāng)厚板預(yù)拉伸量為3%時，板內(nèi)殘余應(yīng)力消除量約為96%，且只在鉗口夾持區(qū)附近存在局部應(yīng)力過渡。LIAO等[46]和龔海等[67]對7075鋁合金厚板預(yù)拉伸

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3352492