双锥薄壁7A04铝合金零件热塑性成形模拟和热处理工艺研究

摘要

本文以双锥薄壁7A04铝合金零件为主要研究对象，在预先确定挤压成形方案、坯料类型和工艺参数范围的基础上，利用有限元模拟软件Deform-3D分析双锥薄壁零件成形过程中内部金属流动规律、载荷变化情况、各种场量分布等，同时研究变形温度、坯料形状尺寸、变形速度、润滑条件等因素对成形结果的影响规律，确定最佳的挤压工艺参数。
　　参照YST591-2006变形铝及铝合金热处理规范，根据零件预期达到的力学性能要求，确定热处理工艺参数范围。对挤压好的零件进行不同方式固溶处理和不同工艺时效处理，通过观察金相组织、进行室温拉伸试验比较力学性能，确定最合适的热处理工艺参数。
　　结果表明:相比于柱状坯料和带孔板材坯料，管状坯料成形时所需的载荷最小，且成形后零件整体的等效应变最小，变形最均匀，最终确定选用尺寸为内径31mm，厚度10mm，高度76.5mm的管状坯料。综合对所有模拟结果的分析和比较，最终确定挤压温度为485℃，挤压速度分为两段，前120mm行程的挤压速度为20mm/s，之后行程的挤压速度为5mm/s。
　　固溶处理可以使7A04铝合金基体中的第二相溶解更充分，在随后的时效过程中，合金通过沉淀强化使强度得到大幅度提高。固溶温度和时效温度对合金强度的影响较大，随着固溶温度升高，基体中的第二相数量变少，颗粒变小，合金过饱和程度提高，但晶粒发生不同程度的长大。经过综合对比，合金经过460℃，1h+480℃，1h双级固溶处理和120℃，16h时效后，获得的性能最好，抗拉强度达到最大值659.6MPa，此时Rp0.2=608.8MPa, A=12.79％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金的发展

1．3 铝合金挤压技术和数值模拟

1．3．1 铝合金挤压技术研究概况

1．3．2 有限元模拟的发展和应用

1．4 超高强铝合金热处理工艺

1．4．1 均匀化

1．4．2 固溶处理

1．4．3 时效

1．4．4 深冷处理

1．5 本课题主要研究内容

2 双锥薄壁零件成形工艺和热处理工艺分析

2．1 引言

2．2 材料的选择

2．3 成形工艺分析和方案制定

2．3．1 零件形状和结构特点

2．3．2 坯料的选择

2．3．3 成形方案的确定

2．3．4 挤压参数的分析

2．4 热处理工艺方案制定

2．4．1 固溶处理方案

2．4．2 时效处理方案

2．5 本章小结

3 工艺路线和实验方法

3．1 工艺路线

3．2 成形试验

3．3 热处理实验

3．4 性能与表征

3．4．1 显微组织观察

3．4．2 室温拉伸试验

3．4．3 硬度测试

4 双锥薄壁零件挤压数值模拟及结果分析

4．1 刚塑性有限元法简介

4．2 DEFORM-3D软件介绍

4．3 不同形状尺寸坯料成形数值模拟

4．3．1 模型的建立

4．3．2 不同形状坯料的挤压成形模拟结果与分析

4．3．3 不同尺寸管状坯料的挤压成形模拟结果和分析

4．4 不同工艺参数对挤压成形结果的影响

4．4．1 挤压温度对成形结果的影响

4．4．2 挤压速度对成形结果的影响

4．4．3 润滑条件对成形效果的影响

4．5 模具优化

4．6 本章小节

5 热处理双锥薄壁零件的组织和性能

5．1 常规单级固溶对组织和性能的影响

5．1．1 固溶温度对组织和性能的影响

5．1．2 固溶时间对组织和性能的影响

5．2 双级固溶对组织和性能的影响

5．3 高温短时固溶对组织和性能的影响

5．4 时效处理对力学性能的影响

5．4．1 时效温度对力学性能的影响

5．4．2 时效时间对力学性能的影响

5．5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况