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冷压对波纹曲面铝合金件残余应力及性能的影响研究

【摘要】:对于大型7050铝合金构件,固溶淬火工艺可以获得优异的力学性能和使用性能,但淬火冷却期间构件表面和芯部巨大的温度梯度产生的淬火残余应力达到200MPa以上,这种高应力状态不仅会影响构件的使用性能,同时会在后续的机加工过程中造成尺寸超差甚至零件报废。因此,有效控制和消减淬火残余应力成为目前铝合金研究与应用面临的难题之一。本文通过有限元模拟与物理实验相结合的方法,系统研究了冷压对不同波纹曲面铝合金件淬火残余应力的影响,并进一步探究冷压变形量、波纹参数对冷压消减残余应力效果的影响,最后推导试样厚度与最佳波纹参数的相关性。论文主要内容及结论如下:(1)研究了冷压对对称式波纹曲面铝合金件淬火残余应力的影响。模拟分析了对称式波纹曲面试样在淬火-冷压工艺中残余应力的产生和演变,并使用X射线衍射法进行残余应力测试。结果表明:对称式波纹试样淬火后表面残余压应力随波纹传递起伏,残余应力值在-120~-90MPa之间。试样经冷压后,长度方向残余应力为压应力或较小的拉应力,宽度方向残余应力表现为“拉压交替”,其中波峰为压应力,波谷为拉应力,残余应力值降低到-65~40MPa之间。变形量、波纹参数对冷压消减残余应力效果影响显著,3%的变形量、波纹高度为试样厚度的5%、波纹周期为试样厚度的2倍可以获得最好的应力消减效果。冷压后试样金相组织主要为沿波纹传递方向的纤维状晶粒,波峰性能相对波谷有所下降。(2)研究了冷压对瓦楞式波纹曲面铝合金件淬火残余应力的影响。结合有限元模拟与物理试验,对瓦楞式波纹曲面试样淬火-冷压工艺过程中残余应力的产生和演变进行分析。结果表明:试样淬火后表面残余应力沿波纹传递无明显变化,残余应力值在-115MPa~-100MPa之间。试样冷压后残余应力分布规律与对称式波纹试样基本一致,当冷压变形量为3%、波纹高度为试样厚度的5%、波纹周期为试样厚度的2倍,可以获得最优的应力消减效果。冷压后试样波峰波谷位置性能基本一致,金相组织主要为未变形的等轴晶粒,这使得试样具有良好的伸长率。(3)研究了试样厚度和最佳波纹参数的相关性。当试样厚度尺寸发生变化时,波纹高度为试样厚度的5%、波纹周期为试样厚度的两倍,能获得最佳的应力消减效果。

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