大型铝合金构件淬火残余应力分析及其消除工艺研究

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1、大型铝合金构件淬火残余应力分析及其消除工艺研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：龚利华指导教师：徐戊矫教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一五年四月Researchonquenchingresidualstressanditseliminationinlarge-scalealuminumalloycomponentAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByGongLihuaSu

2、pervisedbyProf.XuWujiaoSpecialty:MaterialProcessingEngineeringCollegeofMaterialScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要大型7050铝合金长缘条构件经过最后一道固溶时效热处理工艺，可以大幅提高构件的力学性能，但该工艺的淬火过程引入较大的残余应力，严重降低构件的尺寸稳定性和使用寿命。因此，如何控制并消除大型铝合金构件淬火残余应力是一个值得关注的课题。论文研究了不同淬火温度对7050铝合金组织

3、的影响，进行了材料热膨胀系数的实验测量，为数值分析模型提供可靠的材料参数。建立了淬火过程数值模型，借助ABAQUS软件，分析了构件淬火过程温度场及应力场的动态演变规律。模拟结果表明，淬火过程中，构件表面应力经历了先拉后压的状态转变，而其内部则经历了先压后拉的状态转变，最终在构件表面残留较大的压应力。尤其在腹板和筋板交汇的表面圆角处，残留的压应力更大，而在构件心部残留较大的拉应力。且淬火后构件发生了翘曲、收缩变形。研究了淬火工艺参数（介质水温、淬火温度、淬火转移时间）对构件残余应力及变形的影响规律。研究表明，介质水温对残余应力及变形的影响最大，当介质水温从25℃增加到80℃时，残余应力最大值

4、减小了52%；淬火温度由465℃提高到495℃时，残余应力最大值提高了17%。进一步分析比较了1.5%、2.5%、4%的模压量下构件残余应力的消除水平。当施加1.5%的压缩量时，构件表面及心部残余应力消除效果均不明显；当压缩量增加至2.5%时，残余应力最大消除量达到了90%，消除效果较好；继续增大压缩量至4%，残余应力消除水平未明显提高，反而引入了新的残余应力。因此，选择2.5%的压缩量较合适。为了验证大型长缘条构件淬火残余应力数值分析模型的准确性，制作了7050铝合金小试件，完成试件淬火及模压实验，通过XRD检测了实验后的残余应力，最后采用与长缘条构件相同的仿真参数，对小试件的淬火及压缩

5、过程进行了数值仿真。对比试件实验和仿真结果，发现二者残余应力差别较小，表明该大型构件数值分析模型较可靠。关键词：7050铝合金，长缘条构件，数值仿真，淬火残余应力，模压法I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThefinalheattreatmentcanincreasethemechanicalpropertiesofthelongchordof7050aluminiumalloytoalargedegree.Butthequenchingprocessresultsinhighresidualstressinthepart.Itputsastrainonthesizestabi

6、lityandservicelifeonthepart.Therefore,itiscrucialtocontrolandeliminatethesequenchingresidualstress.Inthepaper,Theinfluenceofdifferentquenchingtemperatureonthepropertiesofthe7050aluminumalloywasresearched,andalsomeasuredthethermalexpansioncoefficientwhichwasneededforthesimulation,whichprovidedareli

7、ablematerialforthenumericalanalysismodel.Thequenchingsimulationmodelwasestablished,thetemperaturefieldandstressfielddynamicevolutionlawofthelongchordduringquenchingwereanalyzed.Thechordmaterialstressstateonthesur