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7050铝合金厚板淬火温度场及内应力场的数值模拟研究

姚灿阳  
【摘要】: 高强高韧、低残余应力的7050铝合金预拉伸板是现代航空、武器装备工业必不可少的关键材料。这种合金经过固溶热处理、淬火及后续的时效强化后大大提高了其强度。然而快速冷却虽然保证了合金良好的力学性能,但温度梯度会造成很高的残余应力。降低冷却速度会减小残余应力,但也降低了其力学性能,特别是对于淬火敏感的合金。因此理想的淬火应该是尽量减小残余应力并且提高合金的强度。 本文在Gleeble-1500热模拟试验机及JR-3热物性测试仪上分别测得了7050合金的主要力学性能和热物性参数。借助有限元分析软件MSC.Marc,建立了7050铝合金厚板淬火过程中的温度场、内应力场的计算机模型,并对计算模型进行了一定的优化。 结果表明:淬火过程中表面金属都经历从拉应力转变到压应力的过程,心部金属都经历从压应力转变为拉应力的过程,并最终呈现表面压应力、心部拉应力的空间分布特征。 界面换热条件对铝板表面冷速及应力演变的影响远远高于心部。过大的表面换热强度会大大增加铝板的残余应力,而不能明显提高铝板的冷却速度,特别是心部的冷却速度。如对于120mm厚板,换热系数(W/(m~2·℃))取10000与15000时,铝板心部冷却速度的差别不超过2%,而残余应力增大了10%以上。淬火工艺应根据材料组织、强度要求选取合适的外场条件,尽量减少淬火留下的残余应力。


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