铝合金7050-T7451高温高应变率本构方程及修正

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)及准静态压缩实验研究铝合金7050-T7451高温高应变率下流变应力特征,利用准静态实验数据获得本构方程应变强化参数,利用SHPB实验数据获得室温下不同应变率(400～2500s-1)的应变率强化参数,以及应变率为2500s-1不同温度下(250～600℃)的热软化参数。利用不同幂次多项式对Johnson-Cook本构方程的热软化项拟合,最终选择五次多项式作为修正后本构方程热软化项。利用修正后本构方程对不同温度条件下应力-应变曲线进行预测,实验数据与预测曲线表现出良好一致性。

高速切削加工航空铝合金7050-T7451剪切角模型研究

基于对传统的剪切角模型的分析,借助快速落刀试验及直角切削力试验,获得了航空铝合金7050-T7451在切削加工中的剪切角以及前刀面的平均摩擦因数。应用高温霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验,构建铝合金7050-T7451的应力、应变及温度的本构方程,为有限元Deform模拟提供合理的材料模型以准确模拟切削加工过程。对模拟加工过程、传统Merchant剪切角模型以及快速落刀试验分别得到的剪切角进行了比较,基于结果误差对传统剪切角模型进行修正,建立了更适用于高速切削加工航空铝合金7050-T7451的剪切角模型。

铝合金7050高温流变应力特征及本构方程

在高温分离式Hopkinson压杆装置进行高温冲击压缩试验,研究航空铝合金7050-T7451在温度范围200—550℃及应变率范围1 400—2 800 s-1内压缩变形时的流变应力变化和特征。结果表明,流变应力随着温度的升高而降低,随应变率的升高而增大。温度对流动应力的影响较应变率对流动应力的影响更为显著。用修正的Johnson-Cook模型建立7050-T7451铝合金的本构方程,描述了该合金材料高温下流变应力、应变与应变率之间的关系。

铝合金7050-T7451直角切削表面的残余应力研究

采用单因素直角切削试验,对硬质合金刀具切削铝合金7050-T7451加工过程中形成的已加工表面残余应力进行了研究。使用X射线衍射应力测试技术对残余应力进行测量,得到了不同切削参数对应的残余应力值。通过考虑刃口半径的存在,阐述了已加工表面残余拉应力和压应力的产生机理,同时分析了切削速度、切削深度等参数对残余应力值的影响规律。

铝合金7050切削过程的数值模拟与试验

为研究铝合金7050切削过程的切削机理,建立了正交直角切削有限元模型,对铝合金7050加工过程进行了正交切削有限元模拟,详细叙述了几何模型的建立、材料应力应变关系及刀屑摩擦模型等关键技术。通过数值模拟获得了切屑成形过程、残余应力分布、切削力曲线等。通过一系列的切削试验,研究了切削参数对切削力的影响规律,并在相同切削条件下对试验和模拟获得的切屑形态及切削力进行了对比。切削试验和数值模拟获得的切削力及连续带状切屑与同样参数下的模拟结果比较相符,试验研究结果验证了数值模拟铝合金7050切削的正确性。

基于轮廓法测试模锻铝合金7050-T74内部残余应力

针对铝合金航空整体结构件的加工变形问题,采用轮廓法研究模锻铝合金结构梁7050-T74材料内部的残余应力。应用电火花加工技术切割试样截面,精确测量切割面的变形轮廓,拟合由于残余应力释放导致的切割面变形轮廓,将变形轮廓值作为位移边界条件进行弹性有限元分析,得到垂直于切割面的二维残余应力分布。采用钻孔法测试试样表层的残余应力,并与轮廓法测试结果进行比较分析。结果表明:材料内部残余应力主要源自拉弯工艺。模锻件T型截面的内部残余应力分布为外区受拉,内区受压。轮廓法能够精确高效地测试材料截面的残余应力分布,边缘区域的测试误差可以依据表面残余应力测试技术进行修正。

铝合金7050大型环形件闭式模锻工艺

铝合金7050大型环形件被广泛应用于航空、航天领域。针对大型铝合金环形件中直径大,高度低,环壁薄的结构特点,文章对大型铝合金7050热模锻成形的合理工艺方案进行了分析和探讨。依据该大型铝合金环形件的三维模型,确定了该大型铝合金环形件的热模锻工艺流程。利用商用模拟软件DEFORM对大型铝合金环形件热模锻成形过程进行了数值模拟,分析了开式模锻和闭式模锻不同模锻方案对大型铝合金环形件成形结果的影响,研究不同尺寸的初始坯料对大型铝合金环形件成形效果的影响,通过对比分析改进了模具的结构,最后获得了大型铝合金环形件较为合理的闭式模锻成形方案。通过该工艺方案可以看出,该大型铝合金环形件成形效果良好,型腔充填完整,飞边槽设置合理,最大成形力为9.6×10^(8) N。

AZ31镁合金和7050铝合金ECAP过程的数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件分别对AZ31镁合金和7050铝合金进行等通道转角挤压(ECAP)数值模拟研究。利用有限元(FE)模拟得到应力场、应变场及载荷-位移曲线,分析了在不同挤压温度、挤压速度、摩擦条件和不同截面下等通道转角挤压的变形规律。结果表明,挤压温度升高可以降低挤压载荷,这有利于AZ31镁合金挤压,在摩擦较小情况下进行变形有利于降低挤压载荷,提高变形均匀性;在不考虑变形过程中温升效应的情况下,挤压速度对挤压载荷影响较小,当挤压速度提高时,最大等效应变值有所提高;圆形截面比方形截面更适合进行等通道转角挤压。

激光冲击和深冷处理对7050铝合金残余应力和力学性能的影响

研究了不同激光冲击处理后进行深冷处理以及补充低温回火处理对7050铝合金残余应力和力学性能的影响及其规律。结果表明,激光冲击能够显著提高7050铝合金的表面压应力至-260 MPa,而增加深冷-低温回火处理后表面压应力减小约23%。但合理调整激光冲击工艺参数,能够有效弥补深冷-补充低温回火处理对表面压应力的降低,其中,当激光冲击次数为3次时,增加深冷-补充低温回火后表面压应力可达-230 MPa。此外,与单一激光冲击处理相比,激光冲击-深冷-补充低温回火处理后铝合金基体、表面之间的硬度得到均匀化。深冷处理能够促使激光冲击后铝合金试样表面变形加剧,同时晶粒得到进一步细化并且亚晶界增多,使7050铝合金的强度提高。

7050铝合金试样尺寸对淬火后时效应力松弛率的影响

通过有限元仿真和实验验证方法,研究了7050铝合金在4 h和165℃条件下时效过程中不同倍数H形试样的应力松弛行为。结果表明,模拟结果与实验结果吻合性较好,误差在8.81%以内;尺寸效应主要通过几何特征和淬火应力对时效应力松弛率产生影响;在实验范围内,若不考虑初始应力的影响,试样的倍数对时效应力松弛率不构成影响。在实际淬火应力下,A、B、C、D和H点的应力松弛率随试样倍数增大呈对数增加,E、F和G点则在0.44倍试样时出现应力松弛率的极大值,主要原因是试样在0.2~1.5倍区间时淬火应力随试样尺寸发生变化,影响了应力松弛过程;当试样在1.5~5倍区间时,淬火应力趋于稳定,使得时效过程的应力松弛率趋于稳定,尺寸效应减弱。

冷却速率对7050铝合金淬火析出行为的影响

基于末端淬火的高通量实验,结合扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)研究了7050铝合金的淬火析出行为。结果表明:随着冷却速率的降低,电导率增加,淬火析出相的种类和形核位置均增加。有利形核析出的位置顺序为大角度晶界、小角度晶界(亚晶界)、再结晶晶内(Al_(3)Zr粒子)、位错和亚晶内(Al_(3)Zr粒子)。淬火析出相的析出顺序为η相、S相、T相和Y相。随冷却速率的降低,η相依次在大角度晶界、小角度晶界、再结晶晶内(Al_(3)Zr粒子)和部分亚晶内析出;当冷却速率低于630℃/min时,S相在亚晶(界)析出,T相在再结晶晶内(Al_(3)Zr粒子)和高位错密度的亚晶(界)处析出;当冷却速率低于164℃/min时,Y相在亚晶的位错处析出,η相和T相也在亚晶内析出。

工艺参数对7050铝合金铣削表面质量的影响

为了探究7050铝合金铣削表面质量的关键影响因素,寻找最优工艺参数,对7050铝合金在浇注冷却条件下进行了正交试验,建立了表面粗糙度与切削深度、主轴转速之间的回归模型,分析了加工过程中刀具-工件相对接触状态不同时所产生的刀痕差异。结果表明:切削深度对表面粗糙度的影响最大,主轴转速其次,进给量的影响最小;刀痕的表现形式与刀具-工件相对接触状态存在直接联系,刀具切入工件位置主要受切削深度的影响产生单向圆弧状刀痕,刀具完全进入铣削工件后则会形成交错的圆弧状刀痕,在刀具离开工件位置主要受进给量影响产生较浅刀痕。

不同冷速下7050铝合金的晶粒细化研究

采用V型模具、光学显微镜和扫描电镜等研究不同冷速下7050合金的细化机理。结果表明随着冷却速度从1.8℃/s增加到54.3℃/s,7050铝的晶粒度从75.5μm降低至45.6μm;随着冷却速度的增加,第二相中T相(AlZnMgCu)和S相(Al_(2)CuMg)的平均尺寸逐渐减小,其分布更加细小弥散,该两种相可以作为铝晶粒的形核质点,促进7050合金的晶粒细化。

航空用高品质7050铝合金大规格扁锭熔铸技术研究

7050铝合金具有密度低、强度高、热加工性能优异等优点,在航空航天结构件上应用广泛。但在7050铝合金大规格铸锭半连续铸造过程中,存在热裂、成形困难、严重显微疏松和氧化夹杂等问题。本研究开发了大规格扁锭半连续铸造过程中合金熔体冶金质量控制技术,系统考察了精炼工艺、晶粒细化技术对大规格扁锭品质的影响规律,确定了大规格扁锭铸造工艺。结果表明,优化工艺制度能严控熔体内氢和夹杂物含量,采用Al-Ti-C晶粒细化工艺制度将晶粒度控制在1~1.5级,高质量的熔体质量缓解了合金凝固收缩应变,极高比例地解决了扁锭开裂问题。最终,形成了一套适用于大规格7050合金扁锭的熔铸工艺制度。

钛元素对再生7050铝合金细化作用的研究

试验研究了Ti含量及加Ti后熔体在炉内停留时间对再生7050铝合金铸锭晶粒细化的影响。结果表明,以再生铝为原料配制的7050铝合金添加Ti的质量分数达到0.035%时,晶粒细化效果最佳,树枝晶基本消失。当Ti质量分数达到0.036%时,铝液在炉内停留不超过2 h时,晶粒有粗化倾向,但整体变化不大;当停留时间达到或超过3 h时,晶粒粗化明显。再生7050铝合金铝液添加Ti后,保温时间宜不超过2 h,宜快速冷却进行铸造。

7050-T7451铝合金铣削参数多指标优化研究

通过Spike切削力测量设备及在线监控系统,采用单因素试验,研究硬质合金刀具铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、铣削宽度、铣削深度、进给速度以及顺、逆铣加工方式分别对刀具所受弯矩、表面粗糙度及功率的影响。运用正交试验法,通过S/N比分析和方差分析,获得7050-T7451铝合金的最优铣削参数。研究表明:顺铣更适用于7050-T7451铝合金的铣削加工;刀具所受弯矩随着主轴转速的增加而逐渐减小,最终趋于平稳,并随着铣削宽度、铣削深度及进给速度的增加而增加;表面粗糙度随主轴转速的增加呈先减小后增加;各铣削参数与加工功率均呈正相关关系;为获得较低加工弯矩和功率、较好表面质量,应取较高的主轴转速、较低的进给速度和铣削宽度,7050-T7451铝合金的最优铣削参数水平为A_(3)B_(1)C_(2)D_(1),即n=6000r/min,a_(e)=3.0mm,a_(p)=1.6mm,v_(f)=1500mm/min。

基于响应面法和BP神经网络的7050铝合金腐蚀疲劳寿命预测及对比

对7050铝合金依次进行腐蚀和疲劳试验,获得了腐蚀后合金的疲劳寿命;分别利用响应面法和BP神经网络得到腐蚀时间、NaCl溶液浓度、加载频率、最大应力与腐蚀疲劳寿命之间的映射关系,并对该合金进行腐蚀疲劳寿命预测,比较了两种模型的预测误差。结果表明:在不同载荷条件下,两种模型的可靠性均较好,响应面模型和BP神经网络模型预测得到的腐蚀后合金的对数疲劳寿命与试验值的均方根误差分别为0.0710,0.0683,决定系数分别为0.9519,0.9980;BP神经网络模型的预测精度优于响应面模型。

冷拉变形对7050铝合金丝材组织与性能的影响

对7050铝合金丝材经冷拉变形后过时效态以及冷加工变形态的组织与性能进行了研究。结果表明,随着冷变形量的增加,晶粒拉长,屈服强度、抗拉强度和剪切强度增大。与冷拉态相比较,过时效态丝材的这些指标增加不明显;晶粒越均匀细小,合金丝材冷镦时越不易发生开裂。

变形温度对多向锻造7050铝合金组织与力学性能的影响

对均匀化后的7050铝合金铸锭进行不同变形温度(390、420、450℃)的多向锻造实验。通过光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜和室温拉伸性能测试,研究变形温度对锻造态、固溶态和时效态7050铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:多向锻造对合金中粗大的残余结晶相起到一定的消减效果,残余相的面积分数随变形温度升高而降低。多向锻造后,合金芯部基本为粗大的原始晶粒,随变形温度升高动态再结晶程度增大;固溶处理后,随变形温度升高残余结晶相的面积分数降低,亚晶含量增加;时效处理后,随变形温度升高纳米级析出相的含量增加。时效态合金的强度随变形温度升高而提高,变形温度为450℃时,合金综合力学性能最好,其屈服强度为496.7 MPa,抗拉强度为555.1 MPa,伸长率为8.1%。

晶粒细化剂对7050铝合金铸锭晶粒组织的影响

对分别采用AlTi3C0.15和AlTi5B1细化的不同规格7050铝合金铸锭进行低倍组织观察,并利用光学显微镜和金相分析软件对各铸锭不同位置进行显微组织分析和晶粒尺寸测量。结果表明,采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其低倍晶粒度明显大于采用AlTi5B1细化的铸锭;采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其3/8厚度位置的晶粒尺寸大于1/2厚度位置,采用AlTi5B1细化的铸锭其3/8厚度位置的晶粒尺寸小于1/2厚度位置。