论文摘要
7050铝合金是一种具有高强度、高韧性和高抗应力腐蚀性能的合金材料,在航空材料中得到重要应用。该合金为铝-锌-镁-铜系高强合金,由于其化学成分复杂（Cu、Zn元素含量高,Fe、Si含量低）,结晶温度范围较宽,属于裂纹敏感材料。而7050铝合金扁锭由于其规格大,宽厚比也较大,在铸造时具有更大的裂纹倾向,因此如何控制该合金的铸造裂纹是一个十分重要的研究内容。铸锭裂纹的产生是伴随着铸造过程的温度变化所形成的一种铸造质量缺陷,分析铸造过程中的温度及应力变化是分析裂纹产生的基础,掌握铸锭期间温度场、应力场的变化规律是分析裂纹成因的直接有效方法。铸件铸造过程的温度场及应力场的数值模拟,能够有效分析铸锭冷却凝固的动态过程,较真实地反映铸造系统温度发展过程、热应力的演化及形成过程;可为改善工艺措施、优化铸造工艺方案,提高铸件的力学性能提供有价值的依据。本文首先采用大型通用有限元软件ANSYS对两种不同宽厚比的7050铝合金铸锭（1120mm×400mm的扁锭和1320mm×620mm的扁锭）的凝固过程进行了温度场及应力场的数值模拟。结果分析表明,铸造过程中,铸锭的温度随时间和空间位置而变,铸锭横截面上角部的温度最低而中心处的温度最高;结晶器内应力较大的区域为铸锭表层,尤其是宽面及角部区域,到冷却后期,铸锭中心附近集中了较大的应力。然后对比两种规格铸锭数值模拟结果,对铸锭的裂纹形成趋势进行分析,发现铸锭的宽面中心附近的成裂指数最大,铸锭的宽厚比越大,其裂纹形成的趋势就越大,且成裂指数比应力更适宜于用来判断裂纹产生的变化趋势。对生产铸锭取样,组织分析发现铸造裂纹为沿晶断裂形成的沿晶裂纹。最后分析探讨了裂纹形成的影响因素及减少裂纹产生的技术方法。研究结果表明,7050铝合金扁锭适宜的铸造温度为700℃;1120×400规格铸锭的适宜铸造速度为30-50mm/min;1320×620规格铸锭的适宜铸造速度为10mm/min。本课题的模拟计算结果及提出的减少裂纹产生的技术方法已在实际生产中得到验证,对实际生产具有一定的参考价值。