预拉伸对7075铝合金厚板残余应力分布的影响

运用有限元法对7075铝合金厚板预拉伸过程进行了数值模拟,获得了预拉伸板内部的残余应力分布,研究了预拉伸量对残余应力演变的影响.采用裂纹柔度法对淬火板和预拉伸板(拉伸量分别为1.8%、2.2%和2.5%)进行了残余应力检测,计算得到了不同工艺下铝厚板内部的残余应力分布.结果表明:预拉伸能够大幅消减淬火残余应力,当拉伸量为2.2%左右时,残余应力减少至±20MPa,能够满足后续加工的要求.     

铝合金厚板淬火-预拉伸残余应力的有限元仿真

利用MSC.Marc非线性有限元软件建立了一个淬火-预拉伸模型,并利用该模型对7075铝合金厚板进行了仿真研究。仿真结果表明,对于7075铝合金的最佳拉伸量为2.0%～2.5%,预拉伸后板内残余应力降低幅度可达90%以上,且残余应力分布形式由淬火态的"M"型演变为预拉伸后的"W"型;随着拉伸量的增加铝板内塑性变形合格的区域逐渐增加,可利用预拉伸中的等效应力分布状态确定锯切区。若提供适当的残余应力测试结果,利用有限元仿真模型可有效地揭示铝合金厚板淬火-预拉伸内部残余应力的演变规律。     

7075铝合金厚板预拉伸模拟分析及其在淬火残余应力消除中的应用

运用有限元软件ABAQUS, 对7075铝合金板材淬火过程进行了模拟.比例件的加工变形表明淬火模拟所得的残余应力是可信的.在获得淬火残余应力的基础上, 模拟了不同预拉伸量对毛坯的淬火残余应力的消除.结果表明: 拉伸量为3%时, 毛坯产生2.1%～2.6%的永久变形, 残余应力消除量约为86%, 完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

7075铝合金厚板预拉伸矫直的仿真与试验研究

通过有限元软件MSC.Marc与X射线衍射仪、三坐标仪等试验设备,仿真与试验研究单面淬火工艺对7075铝合金厚板两面引入的不对称残余应力分布与变形,及预拉伸矫直工艺改善板形与消减应力的效果。结果表明:试验与仿真结果保持一致,预拉伸量达2%时,板形改善与应力消减效果已满足工业要求。     

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。     

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。     

高强铝合金框形构件铣削变形试验研究

针对7075高强铝合金淬火-预拉伸后制成的厚板试样,借助三坐标测量与无损应力测试方法研究铣削加工成形的薄壁框形构件的尺寸稳定性与残余应力松弛特性。结果表明,铣削会引发结构整体翘曲变形及初始残余应力松弛,在铣削材料去除率相同的条件下,无板筋件呈现V型结构翘曲变形,且横向残余应力松弛率远高于轧向的;而含板筋件则呈现出U型整体结构翘曲变形,且沿轧向与横向的残余应力松弛率基本一致。     

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。     

铝合金厚板精整与预拉伸(1)

在铝合金厚板生产中,下游工艺——精整(锯切、切边、剪切、固溶处理、退火、矫直、检验、包装等)起着重要的作用,其中固溶处理与矫直是最为关键的。所有的厚板都要经过拉伸矫直,所以它决定了厚板的生产能力;固溶处理的生产能力决定了热处理可强化铝合金厚板的通过量。预拉伸目的是尽可能地消除板材中的淬火残余应力,拉伸永久变形量0.5%可消除80%左右残余应力,此后增大拉伸量其残余应力的下降速度极为缓慢,达2%时,残余应力几乎不再下降,所以拉伸永久变形量通常为1%~3%;而用压缩法消除残余应力时,压缩永久变形量为1%~5%。当要求板材具有严格的平直度时,在拉伸后还可进一步对局部进行冷加工矫正。全文分为两篇刊出,本篇为第一篇,主要论述铝合金厚板精整工艺中的锯切、剪切、矫直等方面的内容。     

X射线法测量淬火铝合金厚板表面残余应力

采用无损X射线衍射技术测试了7075铝合金厚板淬火后表面残余应力水平与分布,得到了淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,分析了准直管对测试结果的影响,并与中心钻孔法得到的结果做了比较。结果表明,两种方法都能有效并正确测量构件的表面残余应力,但中心钻孔法不适合用于应力梯度大的场合,而X射线法在无应力或原始应力水平很低的场合效果欠佳。淬火铝板表面残余应力的测试结果呈正态分布,且淬火过程中边缘局部有应力释放,释放值可达40%,且此区域大小约为铝板的一个厚度。     

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。     

A modeling of residual stress in stretched aluminum alloy plate

A mathematical model is developed to calculate the residual stress in stretched aluminum alloy thick plate. It is based on balance of stresses, two-dimensional plasticity and a conception of free size. The model is verified against the published experiments performed on 7075 aluminum plate. It is found that the computed residual stress basically express the stress level of the stretched plate under the given stretching ratio and that through-thickness inhomogeneity plays an important role in residual stress. The effect of various tension ratios on residual stress is presented and stress-relief mechanism investigated. Calculation shows that residual stress in the transverse direction is higher than that of the rolling direction when the tension ratio is relatively small and the latter is larger than the former when tension ratio reaches a certain level. Non-uniform plastic deformation caused by stretching is also studied. Plastic strain in the rolling direction of the inner part is larger than that of the outer part due to the fact that the free length of the former is shorter than that of the latter. Besides, analysis indicates that residual stress is increasing during aging process.     

基于应力不确定性最小化法的7075铝合金板内部残余应力检测

采用裂纹柔度法测试残余应力时,柔度甬数的计算和插值函数阶数的选择对计算结果的精确性有较大影响.采用有限元法计算得到测试试样的裂纹柔度函数,考虑应力计算不确定度的两个主要来源:应变测量数据的随机误差和模型误差;基于应力总不确定度的最小化目标,确定最优的插值函数阶数,进而计算得到7075铝合金淬火板内部残余应力的分布.结果表明:分别采用11阶和9阶勒让德多项式能较好地拟合铝合金板材内部轧向和横向残余应力的分布,不确定度的均方根值分别为2.9015MPa和4.7558 MPa.轧向或横向残余应力都呈明显的外压内托的分布规律,且在板厚度的中面出现局部的残余拉应力的最小值.     

Strengthening-toughening of 7xxx series high strength aluminum alloys by heat treatment

1　INTRODUCTIONAerospaceand groundtransportationvehicleswithreducingstructuralmasscanenhancecarrycapa bilityandflexibility ,decreasefuelconsumption ,andextendflightvoyageevidently .Highstrengthstruc turalmaterialswithlightdensityplayapivotalroleonreducingmassinstructure .Presently ,confrontedwithcompetitionofresinbasedcomposites ,alu minumalloysas primarystructuralmaterialsforspacecraftandgroundtransportationvehiclesarede velopinginlinesofsuperhighstrength ,corrosionen durance ,lowdensitya…     

7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

Residual stress in quenched 7075 aluminum alloy thick plates

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

预变形及时效处理对7055铝合金组织和性能的影响

通过拉伸试验、金相观察、X射线衍射以及TEM观察，研究了7055铝合金固溶处理后，经不同程度冷变形和时效后的力学性能和电导率的变化以及相应的微观组织变化特点。实验结果表明，对于冷变形再T6时效的7055铝合金，随变形量的提高，强度先略有上升，而后缓慢下降。RRA态合金强度随变形量增加而持续下降。随变形量的增加，冷轧态7055铝合金的电导率逐渐下降，而T6和RRA态合金的电导率却逐渐上升。在同样变形量条件下，RRA态合金具有最高的电导率。这些变化与变形引入的位错所产生的晶格畸变以及位错促进粗大平衡相析出有关。     

轧制轧制变形对Al-Zn-Mg-Cu合金中S相破碎情况的影响

针对传统的对称轧制方式难以破碎Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大S(Al;CuMg)相的问题,根据蛇形轧制变形区的受力特点,通过主应力法分析了变形区内受力最小区域的应力,并建立了7055铝合金在蛇形轧制过程中粗大S相变形的微观有限元模型。采用建立的有限元模型对对称轧制、异步轧制和蛇形轧制过程中7055铝合金中S相的应变进行了模拟,开展了轧制实验和对S相形貌进行观察,对有限元模型的准确性进行了验证。结果表明:微观有限元模型准确可靠;随着非对称因素的增加,板材心部S相的破碎程度增加,即蛇形轧制>异步轧制>对称轧制;蛇形轧制板材表层S相较心部的应变更大、破碎程度更严重。     

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。