7085鋁合金整體結構件淬火殘余應力分析及其消減工藝研究.pdf

1、現(xiàn)代航空業(yè)對飛機性能的要求越來越高,許多主承力構件如飛機的接頭、大梁、隔板、翼框等廣泛采用整體化結構設計。鋁合金材料具有密度小、強度高、塑性好、耐腐蝕、易成形及表面易處理等諸多特點,長期以來是航空航天工業(yè)中的重要結構材料。航空鋁合金整體結構件需要經(jīng)過固溶淬火處理來提高力學性能,但會引起構件內部產(chǎn)生較大的淬火殘余應力,導致后續(xù)機加工變形,同時殘余應力的存在引起構件使用性能下降,極易發(fā)生安全事故。因此,淬火殘余應力分析及其消減技術的研究成為

2、航空鋁合金整體結構件制造的一個重要課題。
　　 本文針對7085鋁合金航空整體結構件的制造需求,通過材料試驗、理論建模、有限元分析等手段,對構件淬火殘余應力分布規(guī)律及模壓法消減淬火殘余應力的工藝進行了研究,開展的具體工作如下:
　　 (1)在CSS電子萬能試驗機與RWS50高溫蠕變機上開展了7085鋁合金常溫與高溫條件下力學性能試驗研究,獲得了溫度范圍為20℃～400℃的7085鋁合金的彈性模量、屈服強度等力學參數(shù),為殘

3、余應力分析提供了重要依據(jù)。
　　 (2)依據(jù)傳熱學與彈塑性學理論,建立了7085鋁合金框梁結構件淬火、固溶、轉移及其模壓冷變形等多個物理過程的有限元模型與邊界條件。
　　 (3)利用ABAQUS有限元軟件分析了淬火過程中構件溫度場、應力場的分布與變化規(guī)律及不同淬火工藝對淬火殘余應力的影響。研究表明:淬火結束后構件表面主要分布殘余壓應力,芯部主要分布殘余拉應力,且芯部殘余拉應力集中于筋板與腹板交匯處;提高淬火溫度與降低固溶

4、溫度可降低淬火殘余應力,當淬火溫度由20℃升高至60℃時,最大殘余應力約降低了50％,固溶溫度由480℃降低至450℃時,最大殘余應力約降低了13％。
　　 (4)針對淬火殘余應力的分布特點,提出了采用模具對構件筋板進行冷壓縮變形的模壓方案,研究了不同壓縮量對淬火殘余應力消減效果的影響。研究表明:壓縮量由l％增加到2％時,殘余應力消減效果得到較大幅度的提升,同時在構件芯部引入了少量壓應力;壓縮量增加到3％時,殘余應力消減效果提升