單面射流沖擊淬火參數(shù)對7050鋁合金厚板冷卻影響

采用層削法對2a12鋁合金淬火厚板在預(yù)拉伸前后的殘余應(yīng)力進行了測定,厚板的淬火采用陣列噴淋及水浴兩種方式。結(jié)果表明:兩種淬火方式在厚板內(nèi)部都形成了"內(nèi)拉外壓"的典型分布規(guī)律;噴淋方式的淬火強度相對較低,只在厚板靠近表層的地方形成了較大的殘余應(yīng)力,內(nèi)部靠近中面的位置殘余應(yīng)力水平接近于0;水浴方式淬火強度更大,在厚板整個厚度上形成了單調(diào)連續(xù)分布的殘余應(yīng)力;預(yù)拉伸使噴淋和水浴兩種淬火板內(nèi)的殘余應(yīng)力都大幅度消減;強度更高的淬火工藝加大了板內(nèi)金屬力學性能的不均勻性,減弱了殘余應(yīng)力消減的效果。

用末端淬火、光學金相顯微鏡和透射電鏡技術(shù)研究7050鋁合金熱軋板的淬火敏感性。結(jié)果表明:7050鋁合金末端淬火試樣硬度下降10%的淬透深度約60mm。決定7050鋁合金淬火敏感性的本質(zhì)是析出的η平衡相的尺寸和體積分數(shù),主要發(fā)生η相析出的淬火臨界平均冷卻速率約為40℃/s,此時η相的體積分數(shù)約為2.1%。淬火平均冷卻速率低于40℃/s,η相析出和粗化—再結(jié)晶—al3zr非共格化交互影響。

采用非線性有限元軟件msc.marc,結(jié)合淬火和預(yù)拉伸實驗,建立厚板淬火-預(yù)拉伸應(yīng)力預(yù)測模型時,運x射線衍射技術(shù)的層削測試方法驗證了此模型。結(jié)果表明:應(yīng)力場預(yù)測模型計算結(jié)果與實驗測算吻合較好,其中淬火應(yīng)力平均偏差小于10%;有效的實驗測試可以對有限元預(yù)測模型的建立進行改進和檢驗;理想假設(shè)的存在使得預(yù)測結(jié)果與實際有所偏離,但應(yīng)力預(yù)測趨勢仍可有效揭示厚板的應(yīng)力演變規(guī)律。

鋁合金預(yù)拉伸厚板變形區(qū)域分為夾持區(qū)、過渡區(qū)和均勻區(qū)三個部分。在模擬厚板預(yù)拉伸變形過程基礎(chǔ)上,分析了各變形區(qū)域變形機理和應(yīng)力分布規(guī)律。夾持區(qū)變形不充分,導致殘余應(yīng)力不足60%,且內(nèi)部應(yīng)力分布復(fù)雜。過渡區(qū)殘余應(yīng)力沿拉伸方向分布不均勻,對不同尺寸板厚在不同拉伸工藝下的過渡區(qū)進行分析說明,過渡區(qū)范圍與板厚度有關(guān),其范圍約為板厚的60%～70%。最后分析了均勻區(qū)應(yīng)力演變規(guī)律,探討了不同拉伸量和拉伸速度對不同尺寸厚板拉伸效果的影響,認為拉伸量2.0%～2.5%可滿足較好的工藝要求。

通過光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、電子背散射衍射以及硬度測試研究軋制變形速率對7050鋁合金微觀組織演變的影響,分析軋制變形速率影響合金淬火敏感性的微觀機理。結(jié)果表明:變形速率較小時(5s?1和8s?1),合金再結(jié)晶分數(shù)低,試樣中存在大量的亞組織結(jié)構(gòu),亞晶粒的尺寸較小,晶界較難分辨,為小角度晶界,固溶慢速淬火的試樣中少量η平衡相在亞晶界上形核析出;隨著變形速率的增加,亞晶長大,晶界平直逐漸向大角度晶界轉(zhuǎn)變,η平衡相在晶界上析出增加,在亞晶內(nèi)部亦有明顯析出;當變形速率升高至15s?1時,固溶后試樣的再結(jié)晶百分數(shù)明顯增加,在大角度晶界處以及再結(jié)晶晶粒內(nèi)出現(xiàn)大量非均勻形核析出,同時,在亞晶區(qū)域觀察到較多析出,與微觀組織演變對應(yīng),合金時效態(tài)硬度性能測試結(jié)果表明:隨著軋制變形速率增加,慢速淬火的試樣力學性能損失變大,合金淬火敏感性增加。

固溶處理淬火工藝是獲得高性能鋁合金板的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。筆者從導熱微分方程入手,建立了溫度場的數(shù)學模型。利用ansys有限元軟件,分別對7000系合金厚板傳統(tǒng)淬火工藝以及噴淋淬火工藝過程中的溫度場進行了數(shù)值模擬,獲得了瞬態(tài)溫度場解和淬火冷卻曲線,比較分析了兩種淬火工藝溫度場對冷卻效果的影響。結(jié)果表明:7000系合金厚板的輥底式噴淋淬火工藝優(yōu)于傳統(tǒng)工藝,能夠獲得冷卻強度大,所需時間短和均勻性好的效果。

1 附件3: 聊城大學 大學生科技文化創(chuàng)新基金項目 申請書 項目名稱： 稀土(re)對7050鋁合金固溶時效組織和力學性能的影響研究 申請金額：3000元 申請人：程萌萌 指導教師：馬杰 所屬學院：材料科學與工程學院 申請日期：2014/4/16 實驗管理中心制表 一、基本情況 1．項目情況 項目名稱稀土(re)對7050鋁合金固溶時效組織和力學性能的影響研究 學科類別□√理工農(nóng)類；□人文社科經(jīng)管類 項目屬性 □創(chuàng)新性設(shè)計、制作、研究；□基礎(chǔ)性研究；□√應(yīng)用性研究； □文學、藝術(shù)作品創(chuàng)作；□小發(fā)明、小創(chuàng)作、小設(shè)計等； □教師科研課題中的子項目；□國際、國內(nèi)各類科技學術(shù)競賽； □社會（歷史、政治、法律、教育、經(jīng)濟等）調(diào)研項目； □其他有價值的研究與實踐項目。 成果形式學術(shù)論文 2 項目來源□自主立題□√指導教師命題 研究期限自20

通過末端淬火的方法研究7055鋁合金厚板的淬透性,采用透射電子顯微鏡對微觀組織進行分析。結(jié)果表明:該合金板材的淬透深度可達45mm,使其淬透的冷卻速率需大于230℃/min;隨著冷卻速率的減小,淬火過程析出平衡相的數(shù)量和尺寸增加,時效后析出的η′沉淀強化相的數(shù)量減少,晶界無沉淀析出帶寬度增加;在所研究的冷卻速率范圍內(nèi),時效后鋁合金板材的硬度、晶界無沉淀析出帶寬度與冷卻速率的對數(shù)均呈線性關(guān)系。

采用無損x射線衍射技術(shù)測試了7075鋁合金厚板淬火后表面殘余應(yīng)力水平與分布,得到了淬火鋁合金厚板表面殘余應(yīng)力的分布區(qū)間和一般規(guī)律,分析了準直管對測試結(jié)果的影響,并與中心鉆孔法得到的結(jié)果做了比較。結(jié)果表明,兩種方法都能有效并正確測量構(gòu)件的表面殘余應(yīng)力,但中心鉆孔法不適合用于應(yīng)力梯度大的場合,而x射線法在無應(yīng)力或原始應(yīng)力水平很低的場合效果欠佳。淬火鋁板表面殘余應(yīng)力的測試結(jié)果呈正態(tài)分布,且淬火過程中邊緣局部有應(yīng)力釋放,釋放值可達40%,且此區(qū)域大小約為鋁板的一個厚度。

為了快速準確求取鋁合金厚板淬火過程的換熱系數(shù),對淬火熱傳導過程進行分析。首先,將換熱系數(shù)解析過程假設(shè)為淬火溫度離散化的,并且是相鄰離散點可進行迭代優(yōu)化的計算過程。然后,分步解析求解了各離散溫度區(qū)間的換熱系數(shù),最后完成了數(shù)據(jù)修正和仿真計算還原。結(jié)果表明,該方法獲得的換熱系數(shù),可以使實驗冷卻曲線與計算冷卻曲線較好的吻合,從而證明這種計算方法的可行性,并在文末對該方法的誤差來源和特點進行了分析。

鋁合金厚板在航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛,在厚板軋制淬火之后很容易出現(xiàn)變形等問題,直接的影響了整個厚板的成材率,對版型的控制以及矯直技術(shù)進行了分析,旨在有效的解決鋁合金厚板變形問題,更好的發(fā)揮鋁合金厚板自身的價值與效能。

蛇形熱軋中軋制參數(shù)對7075鋁合金厚板變形分布的影響

采用simufact有限元分析軟件,對4000mm×720mm×285mm尺寸的al-zn-mg-cu新型高強鋁合金厚板淬火過程進行了模擬分析。結(jié)果表明,淬火過程中厚板表面和心部存在很大的溫度梯度,同時各部分溫降速率不斷變化,淬火26s時表面平均溫降速率由10.43℃/s急降至小于0.01℃/s,而心部溫降速率則是緩慢減小。厚板殘余應(yīng)力,淬火初期表現(xiàn)為外拉內(nèi)壓,淬火后期則為外壓內(nèi)拉。淬火后,厚板表面最大殘余壓應(yīng)力分量約為-175mpa,心部最大殘余拉應(yīng)力分量約為199mpa。

利用msc.marc非線性有限元軟件建立了一個淬火-預(yù)拉伸模型,并利用該模型對7075鋁合金厚板進行了仿真研究。仿真結(jié)果表明,對于7075鋁合金的最佳拉伸量為2.0%～2.5%,預(yù)拉伸后板內(nèi)殘余應(yīng)力降低幅度可達90%以上,且殘余應(yīng)力分布形式由淬火態(tài)的"m"型演變?yōu)轭A(yù)拉伸后的"w"型;隨著拉伸量的增加鋁板內(nèi)塑性變形合格的區(qū)域逐漸增加,可利用預(yù)拉伸中的等效應(yīng)力分布狀態(tài)確定鋸切區(qū)。若提供適當?shù)臍堄鄳?yīng)力測試結(jié)果,利用有限元仿真模型可有效地揭示鋁合金厚板淬火-預(yù)拉伸內(nèi)部殘余應(yīng)力的演變規(guī)律。

通過分級淬火方法獲得7050鋁合金的時間—溫度—性能(ttp)曲線。結(jié)果表明:合金ttp曲線的鼻尖溫度為330℃,淬火敏感溫度區(qū)間為240~420℃;等溫保溫時,過飽和固溶體分解析出第二相粒子,在330℃附近,第二相(主要為η平衡相)的析出速率達到最高;隨著時間的延長,晶內(nèi)η相數(shù)量增加、尺寸變大,時效后粒子周圍出現(xiàn)無沉淀析出區(qū),導致強化效果顯著降低;晶界處η相粒子粗化,由不連續(xù)分布形貌轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)分布形貌,無沉淀析出帶寬化;鼻尖溫度的高相變驅(qū)動力和較快的擴散速率是η相析出和長大的主要原因,建議在淬火敏感區(qū)間應(yīng)加快淬火冷卻速率避免平衡相的析出,而高于淬火敏感區(qū)間溫度時可適當降低冷卻速率減小熱應(yīng)力的影響。

北京航空材料研究所研制出一種新型鉚釘材料,它的化學成份為al-5.7～6.7zn-1.9～2.6mg-2.0～2.6cu-0.08～0.15zr,另外還加入少量鈦、硼作細化劑。它的t73狀態(tài)的熱處理工藝為477±5℃40分鐘加熱,在38℃水中淬火,隨后立即121±5℃4h十

鋁合金淬火工藝 簡介:一、淬火加熱溫度的選擇工業(yè)擠壓鋁合金制品不像建筑鋁型材6063合金，可以 在擠壓時用風冷或水冷進行淬火(在線淬火)，而多數(shù)合金要在專門的加熱和冷卻設(shè)備(淬火爐 和冷卻槽)中進行淬火處理。淬火的... 淬火加熱溫度的選擇 工業(yè)擠壓鋁合金制品不像建筑鋁型材6063合金，可以在擠壓時用風冷或水冷進行淬 火(在線淬火)，而多數(shù)合金要在專門的加熱和冷卻設(shè)備(淬火爐和冷卻槽)中進行淬火處理。 淬火的加熱溫度、轉(zhuǎn)移時間、冷卻方式都有嚴格的規(guī)定。 1．淬火加熱溫度的選擇 淬火加熱溫度主要根據(jù)相圖中低熔點共晶溫度和合金溶解度曲線的溫度來選擇。如圖 3—5—2為二元相圖示意圖。成分為b1的合金只有溫度高于t溶時β相溶于基體形成單一的 α固溶體。當溫度繼續(xù)升高到t共時，超過了非平衡結(jié)晶條件下的低熔點共晶溫度，即產(chǎn)生 低熔點共晶體熔化，稱過燒。金

采用持續(xù)浸蝕、慢應(yīng)變速率拉伸、動態(tài)和陽極化測試以及光學和掃描電鏡觀察等對7050t7451鋁合金厚板局域腐蝕性能的各向異性進行研究。結(jié)果表明:7050t7451鋁合金厚板由于存在明顯的微觀組織各向異性而導致腐蝕性能的各向異性;合金不同截面腐蝕性能的差異是由基體內(nèi)殘余第二相分數(shù)的不同而引起的,殘余第二相分數(shù)越大表面腐蝕越嚴重;不同方向樣品的應(yīng)力腐蝕敏感性順序依次為s>l>t方向(慢應(yīng)變速率拉伸測試結(jié)果),晶粒長寬比越小抗應(yīng)力腐蝕性能越好。

運用有限元法對7075鋁合金厚板預(yù)拉伸過程進行了數(shù)值模擬,獲得了預(yù)拉伸板內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布,研究了預(yù)拉伸量對殘余應(yīng)力演變的影響。采用裂紋柔度法對淬火板和預(yù)拉伸板(拉伸量分別為1.8%、2.2%和2.5%)進行了殘余應(yīng)力檢測,計算得到了不同工藝下鋁厚板內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布。結(jié)果表明:預(yù)拉伸能夠大幅消減淬火殘余應(yīng)力,當拉伸量為2.2%左右時,殘余應(yīng)力減少至±20mpa,能夠滿足后續(xù)加工的要求。

在試生產(chǎn)鋁合金厚板的過程中,遇到的一個最大問題就是如何獲得高機械性能的軋材。受力狀態(tài)系統(tǒng)和“累集的”變形程度l對

淬火殘余應(yīng)力可能造成工件淬后裂紋、削弱其疲勞強度以及造成其體積和形狀的變化。在需要進行淬火處理的厚板結(jié)構(gòu)鋁合金零件中,這一情況尤為顯著。因此,對厚板鋁合金淬火過程進行有限元模擬,預(yù)測其淬后殘余應(yīng)力大小及分布,具有十分重要的意義。本文運用abaqus/standard軟件建立了2a12厚板鋁合金的淬火過程有限元模型,并用反傳熱算法確定了以聚乙撐二醇(pag)溶液作為淬火介質(zhì)時的換熱邊界條件。為了驗證模擬結(jié)果的可靠性,應(yīng)用x射線法對厚板淬火殘余應(yīng)力進行了測量。模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)具有較好的一致性,表明本文建立的有限元模型具有較高的精度。

通過論述鋁合金擠壓在線淬火的基本原理、工藝參數(shù)及其淬火方法和設(shè)備,證明鋁合金擠壓制品在線淬火工藝與傳統(tǒng)的離線的淬火爐中淬火相比,簡化了工藝流程,縮短了生產(chǎn)周期,提高了生產(chǎn)效率,同時節(jié)省了投資和能源。該工藝目前廣泛應(yīng)用于al-mg-si系和al-zn-si系鋁合金工業(yè)型材的生產(chǎn)。