7050铝合金H型截面锻件成形工艺设计优化与微观组织控制

摘要

H型截面铝合金大锻件广泛应用于航空领域，是航空飞机关键的承重部件，并且所处工作条件极其恶劣。因此，此类锻件被要求具有优良的综合机械性能。H型截面铝合金类锻件是典型的铝合金筋板类锻件，在成形过程中容易出现充填不满、过烧、粗晶、成形不均匀、纤维折断等缺陷。因此研究H型截面铝合金大锻件锻造工艺及锻造工艺对锻件宏观表征的影响及微观组织的演变规律对于提高此类锻件的综合机械性能具有重要意义。
　　 论文综合应用了锻造工艺理论、数值模拟技术对H型截面7050铝合金大锻件自由锻及模锻工艺进行工艺设计和数值模拟优化。主要研究工作及成果包括：
　　 ①7050铝合金材料性能研究。利用Gleeble-1500热模拟实验机对7050铝合金进行等温恒应变热压缩实验，研究了热变形参数对流变应力和动态再结晶行为的影响；以热压缩实验结果为基础，通过回归分析计算等数学分析方法建立了7050铝合金材料本构关系模型和动态再结晶模型。
　　 ②基于数值仿真技术的7050铝合金锻件预制坯改性工艺研究。在自由锻工艺基础和有限元理论基础上，通过DEFORM-3D平台研究7050铝合金方形坯料在单向锻造和多向锻造工艺条件下，坯料的材料损伤、等效应变分布、再结晶体积分数和平均晶粒尺寸的分布和演变情况。论文分析得到了等效应变和变形温度对7050铝合金坯料再结晶平均晶粒尺寸和再结晶体积分数的影响规律；从坯料自由锻过程中变形区变化方面，首次提出多向锻造工艺改善坯料塑性变形状况和细化晶粒尺寸的原因；最后，通过比较分析得出多向锻造工艺有益于改善坯料的微观组织性能。
　　 ③ H型截面铝合金锻件模锻工艺研究及成形过程仿真优化。在DEFORM-2D平台上模拟了7050铝合金锻件所选取H型截面的成形过程。在不采用预锻件的工艺中，利用正交实验，研究工艺参数影响终锻件成形质量的主次顺序并得到了优化工艺参数组合；在采用预锻件的工艺中，首次提出使用高筋预锻件的模锻工艺，着重分析不同类型的预锻件在终锻成形过程中金属的流动，解释了涡流和穿流等流线缺陷产生的原因。最后，对模拟结果进行择优选择，得到优化的预锻件形状和模锻工艺。
　　 ④生产试制。论文的研究成果已经成功应用到实际生产中，对于H型截面锻件缺陷控制和提高锻件综合机械性能有十分重要的意义，为同类产品生产提供理论依据。
　　 上述的研究工作为H型截面7050大锻件改性和缺陷控制提供优化工艺，为实际生产提供理论依据。