7050铝合金超厚板喷淋淬火的数值模拟分析

基于有限元模拟软件ABAQUS,建立有限元模型对铝合金超厚板的喷淋淬火过程进行参数化模拟,来探究铝合金超厚板在不同淬火条件下的残余应力分布规律。研究表明:淬火过程中,铝合金超厚板厚度方向的残余应力分布逐渐由"外拉内压"转变为"外压内拉"的状态;改变喷淋压力和淬火水温可以改变厚板淬火残余应力分布规律,厚板中心的残余应力随着淬火水温的升高而降低。随着喷淋压力的提高,厚板中心的残余应力呈现出先降低后上升最后趋于稳定的变化趋势,并在喷淋压力为200 kPa时出现应力的最小值。     

降低7075铝合金厚板淬火残余应力的工艺

7075铝合金可通过淬火时效获得高强度，但它在淬火过程中会产生淬火残余应力，本文对7075铝合金厚板在不同淬火水温下，以及某一水温下淬火后经不同预拉伸量和不同时效工艺制度下淬火残余应力大小及变化规律进行了测试与分析，结果表明：随着淬火水温的升高，残余应力明显降低；水淬后随着预接拉伸量的增加，残余应力逐渐从压应力转变为拉应力，当预拉伸量约2%时，残余应力基本上趋近于零；随着时效温度升高和时效时间延长，残余应力呈下降趋势，因此，合理的淬火水温，预拉伸量以及时效制度是降低7075铝合金厚板淬火残余应力的有效工艺措施，其中尤以适当的淬火水温和预拉伸量最为有效。     

X射线衍射法在测量铝合金厚板表面残余应力中的应用

X射线应力测量法是广泛应用的无损应力测量方法,本试验研究了X射线衍射法测量铝合金厚板表面残余应力。对7075淬火铝合金厚板的表面残余应力进行测量,得到了7075淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,并对表面残余应力分布的边缘效应进行了探讨。     

航空铝合金厚板残余应力数值模拟研究现状

为获得理想性能,航空铝合金厚板在生产过程中需经历轧制、固溶淬火、预拉伸和时效强化等工艺过程。其中,厚板在进行固溶淬火处理时整体温度变化异常剧烈,内部产生较高残余应力。近年来,借助数值模拟的手段分析铝合金厚板内部固溶淬火残余应力分布状态并对其进行消减处理是研究关注的热点。介绍基于有限元方法的7xxx系航空铝合金厚板固溶淬火及预拉伸处理过程中板材内部残余应力演化规律研究现状,对固溶淬火和预拉伸仿真计算过程中所用方法及模型参数进行归纳,展望该领域未来的重点研究内容和发展方向。     

淬火残余应力对铝合金厚板裂纹应力强度因子及扩展趋势的影响

为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值进行对比,研究两种条件下应力强度因子的分布规律和两者之间的异同;通过分析在初始淬火残余应力条件下不同半径裂纹受不同均匀拉应力荷载作用时的裂纹应力强度因子随裂纹位置角的演变曲线,探究淬火残余应力对裂纹扩展趋势的影响规律。结果表明,淬火残余应力的存在改变了铝合金厚板应力强度因子的分布规律和裂纹的扩展趋势,淬火残余应力使表层附近的裂纹扩展受到遏止,裂纹易于在厚度方向优先扩展。     

超声波残余应力测试技术在工程实际中的应用

对超声波法残余应力测试技术在铝合金厚板工程实际中的应用进行了研究,分析了不同7050铝合金厚板在不同工序和不同板厚下的应力状态。结果表明,7050厚板表面残余应力沿板材宽度方向呈小幅的随机波动,波动的数值在设备的测试误差之内,残余应力在板材宽度方向是均匀分布。7050厚板的表面残余应力在不同工序处理后残余应力存在较大差异,热轧后应力很小,淬火后应力很大且为压应力,预拉伸和时效后应力整体水平很小,热轧工序对厚板残余应力的影响较小,厚板内部较高的残余应力主要来自于淬火工序。通过预拉伸工序可有效消减淬火产生的残余应力,可使厚板整体应力水平满足使用要求。不同厚度的7050厚板表面残余应力均处于较低的水平,随着厚板厚度的增加,表面残余应力略有增大。     

7075铝合金锻件淬火热处理有限元模拟

采用Deform-3D有限元软件,对7075铝合金锻件淬火热处理过程进行了数值模拟,讨论了固溶温度及淬火介质温度对淬火后残余应力的影响。结果表明:残余应力呈现表层受压、芯部受拉的分布;通过提高淬火介质温度或降低固溶温度可降低材料在淬火过程中产生的残余应力。     

试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响

通过测量从淬火铝合金厚板上取出的一定大小的试样以测量原始铝合金厚板的残余应力值作为一种广泛使用的方法,在层削法、裂纹柔度法、X射线衍射法和中子衍射法中均有应用.以层削法为例,针对由于采用不同尺寸的试样而对7075铝合金厚板残余应力测量结果产生的影响进行了仿真分析和实验研究.结果表明,取样的尺寸对铝合金厚板残余应力的测量结果有重要影响.当试样在长宽方向上的尺寸小于2倍的"特征距离"(等于试样的厚度)时,试样将丧失保持原铝合金厚板真实残余应力的能力.测量结果将严重偏离真实值.基于此,在任何针对淬火铝合金厚板的残余应力测量方法中.当需要使用一定大小的试样对原铝合金厚板残余应力进行测量时,都必须保证试样在长宽方向上的尺寸大于2倍的"特征距离".     

高强铝合金超厚板淬火残余应力及其冷压缩消除过程分析

采用SIMUFACT有限元分析软件,在验证了模拟精度和模拟参数的基础上,对4 000 mm×720 mm×285 mm尺寸的新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金超厚板淬火残余应力进行预测,并对采用双面对称冷压缩法消除厚板残余应力的过程进行了模拟分析。结果表明,该厚板淬火后内部残余应力呈内拉外压的分布状态,厚板心部最大平均残余拉应力值为120 MPa,表面最大平均残余压应力值为108 MPa。压缩过程中模具的压下率和送进率对淬火残余应力消除效果的分析表明,在1%~3%压下率和75%送进率条件下进行压缩,淬火残余应力消除率达到90%以上,残余应力值范围控制在-40 MPa~30 MPa范围内。X射线衍射测试值与模拟值的平均残余应力误差约为15.75 MPa。     

淬火-预拉伸对2A12铝合金厚板残余应力的影响

采用层削法对2A12铝合金淬火厚板在预拉伸前后的残余应力进行了测定,厚板的淬火采用阵列喷淋及水浴两种方式。结果表明:两种淬火方式在厚板内部都形成了"内拉外压"的典型分布规律;喷淋方式的淬火强度相对较低,只在厚板靠近表层的地方形成了较大的残余应力,内部靠近中面的位置残余应力水平接近于0;水浴方式淬火强度更大,在厚板整个厚度上形成了单调连续分布的残余应力;预拉伸使喷淋和水浴两种淬火板内的残余应力都大幅度消减;强度更高的淬火工艺加大了板内金属力学性能的不均匀性,减弱了残余应力消减的效果。     

Residual stress in quenched 7075 aluminum alloy thick plates

1　INTRODUCTION70 75isoneoftheprecipitation hardenedalu minumalloysmainlyusedasplateandforgingsintheaerospaceindustry .Itshighstrengthisachievedthroughaquenchingoperationwherethematerialisrapidlycooledfromthesolutionheattreatmenttem perature(4 75℃ )toroomtemperature ,whichcancausetheadverseeffectofintroducingresidualstress ,leavingthematerialunsuitableforfurthermachiningoperationsandforservice[13] .Residualstressinthequenchingoperationforaluminumalloysisusuallystudiedbynumericalprediction…     

7075铝合金循环载荷下残余应力松弛的实验研究

采用淬火和喷砂2种强化工艺引入残余应力,分析循环应力作用下7075铝合金应力松弛现象。基于应力松弛机理讨论了2种不同强化工艺下残余应力松弛规律的异同。结果表明,加载应力状态与大小、残余应力的初始分布和冷作硬化是影响残余应力松弛的主要因素。     

On the applicability of high strength self‐tapping aluminium bolts in magnesium nut materials for automotive applications

High strength aluminium bolts made of AW 6056 T6, AW 7075 T6 and T79 have been investigated regarding the applicability in magnesium nut materials for automotive applications. With respect to galvanic corrosion all combinations of aluminium bolts with magnesium parts show superior corrosion properties when compared to galvanised steel bolts connected to magnesium. With respect to stress corrosion cracking (SCC) no aluminium bolt in contact with magnesium failed due to SCC. This is because of cathodic protection of aluminium alloy through magnesium. Even peak‐tempered highest strengthened T6 7xxx aluminium bolts can be used for automotive applications when compressive residual stresses are present in the thread root of the bolts.     

7075铝厚板内淬火残余应力的形成机理分析与控制策略

残余应力在材料去除后的释放与再分布是引起飞机结构件加工变形的重要因素。而淬火过程中,铝合金厚板内部产生高温度梯度场,由其造成的不均匀塑性变形是形成淬火残余应力的关键所在。为此,通过作为表示工件与介质之间换热能力的对流换热系数,建立了淬火工艺的有限元分析模型,与实验结果的比较分析表明,无论是残余应力幅值还是分布趋势,仿真值均有很高的吻合度。在此基础上,利用有限元方法进行了淬火残余应力的形成机理,认为芯层在终滑点塑性变形结束时最终的残余应力已经形成,之后继续降温过程残余应力基本保持不变。最后以芯层终滑点为依据提出了热换系数的残余应力控性控形方法。从分析结果可知,控形区对最终残余应力的影响很大,控性区段基本不影响最终残余应力。因此,可以通过合理降低控形区邻域和增加控性区邻域内对流热换系数的方法,实现冷却速度的增加和残余应力的减少。     

预拉伸铝合金厚板内部残余应力分布测试研究

预拉伸铝合金厚板在航空领域中被广泛应用。在其加工过程中，内部初始残余应力所引起的变形是非常普遍和严重的问题。要减小残余应力对加工变形的影响，就必须测试板材内部残余应力的分布规律。笔者根据预拉伸铝合金厚板的特点，运用弹性力学理论推导出厚板内部残余应力测量的改进剥层应变法，用此方法测量了预拉伸铝合金厚板2D70T351沿厚度方向的残余应力分布，并对测试结果进行了分析。结果表明，文章推导出的新方法测量厚板内部残余应力简单、精确，有很强的工程实用性。     

Defect assessment of welded specimen considering weld induced residual stresses using SINTAP procedure and FEA

The defect assessment in butt-welded joint of ASTM A36 steel plates and 7075-T7351 aluminum alloy plates containing transverse through thickness crack was analyzed using SINTAP procedure and FEA incorporating weld induced residual stresses. Weld induced longitudinal residual stress profile can be obtained through SINTAP procedure, FEA or experimental analysis. This residual stress profile can be fitted with the trapezoidal residual stress profile available in SINTAP. For three different cases, crack length and residual stress intensity factor (SIF) are calculated and its comparison with the results obtained through FEA is plotted with respect to crack length. The stress intensity factor for mechanical loading is also plotted in the same graph. Using this graphical plot, the total SIF, including residual stress and mechanical loading, can be calculated for any particular crack size. The total SIF can be compared with the fracture toughness of the material for damage tolerance analysis. Also a failure assessment diagram is drawn for welded 7075-T7351 aluminum alloy plates with different crack sizes for as-welded (only residual stress) and mechanical loading along with the existing weld induced residual stresses to show the safety level for a particular crack size and mechanical loading.     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程，采用非线性有限元法，对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明，沿焊缝方向，纵向残余应力均为拉应力，一般在焊缝中间处最大；沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力，沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向，焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程,采用非线性有限元法,对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明,沿焊缝方向,纵向残余应力均为拉应力,一般在焊缝中间处最大;沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力,沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向,焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。