金屬熱處理：脹形對2219鋁合金環(huán)形件淬火殘余應(yīng)力的影響
2022-02-10【作 者】李俊衡;吳運新;龔海
【前 言】
高強變形鋁合金有許多性能優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于航空航天及軍事領(lǐng)域。2219鋁合金是AI-Cu-Mn系可熱處理強化鋁合金，具有比強度高、耐熱、焊接性能好、斷裂韌性高等特點，尤其是其T8熱處理態(tài)具有很高的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，被廣泛用于航空航天結(jié)構(gòu)件。該合金通常需要固溶-淬火處理以提高力學(xué)性能，但淬火會產(chǎn)生較大的淬火殘余應(yīng)力，對零部件后續(xù)加工產(chǎn)生影響。實際上，環(huán)形件作為航空發(fā)動機匣類鍛件，其在成形及熱處理過程中均會在材料內(nèi)部產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，并在各工步逐步積累，最終殘留在成品零件中。
已有研究表明，毛坯鍛件初始殘余應(yīng)力的釋放和重新分布是零件加工和使用過程中變形的重要原因之一。近年來，許多研究者對鋁合金構(gòu)件的殘余應(yīng)力問題進行了大量理論與試驗研究，但主要是針對鋁合金厚板粹火工藝及澤火殘余應(yīng)力形成機制以及拉伸法消減鋁合金厚板淬火殘余應(yīng)力等方面，而針對環(huán)形件淬火殘余應(yīng)力及消減方法的研究較少。為此，本文以2219鋁合金環(huán)形件為研究對象，對其淬火過程和脹形過程進行數(shù)值模擬，研究環(huán)形件落火殘余應(yīng)力分布規(guī)律，并分析脹形對環(huán)形件淬火殘余應(yīng)力的消減規(guī)律，以便為高性能鋁合金環(huán)形件的研發(fā)及環(huán)形件脹形工藝參數(shù)的選擇提供參考。
【結(jié) 論】
1、建立了2219鋁合金環(huán)形件淬火有限元模型，研究了環(huán)形件淬火后和后續(xù)脹形后的殘余應(yīng)力分布。淬火后環(huán)件的徑向應(yīng)力在上下端面呈現(xiàn)壓應(yīng)力，在-106MPa左右，在芯部應(yīng)力值較?。恢芟驊?yīng)力和軸向應(yīng)力均呈現(xiàn)外部壓應(yīng)力、芯部拉應(yīng)力的應(yīng)力分布狀態(tài)。脹形對環(huán)件的徑向應(yīng)力、周向應(yīng)力和軸向應(yīng)力均有顯著的消減效果。脹形量在0.25%~4.00%范圍內(nèi)時，環(huán)件的殘余應(yīng)力均隨脹形量的增大而減小。
2、周向應(yīng)力和軸向應(yīng)力的消減率均隨脹形量的增大而增大，并趨于一個定值。且周向應(yīng)力消減率的增大速度比軸向應(yīng)力消減率的增大速度快。
3、當(dāng)脹形量<3%時，周向應(yīng)力的消減率大于軸向應(yīng)力的消減率，當(dāng)脹形量>3%時，周向應(yīng)力的消減率略小于軸向應(yīng)力的消減率。
4、當(dāng)脹形量>2%時，周向應(yīng)力和軸向應(yīng)力的平均消減率>80%，環(huán)件粹火殘余應(yīng)力得到很好的消減。
以下是正文：
