7A09铝合金复杂盘饼类锻件缺陷形成机理及组织性能控制

论文摘要

铝合金盘饼类锻件广泛应用于航空领域。近年来,为了满足减重的需要,该类零件多被设计成复杂形状的整体结构件,并且对锻件的精度和组织性能的要求越来越高,对于一些重要的受力构件,还要求锻件流线按照零件的几何外形分布。铝合金盘饼类锻件由于局部金属流程较长、金属变形流动复杂且难以控制,非常容易出现充不满和折叠等缺陷。特别是一些关键受力的盘饼类锻件,由于流线多要求沿径向或环向分布,而原始坯料的流线通常沿轴向分布,还非常容易产生流线露头、涡流和穿流等缺陷。此外,该类锻件由于形状复杂,各部位金属变形程度不均匀,再加上坯料及变形方案等的影响,将使锻后组织和性能难以控制。目前,对于复杂盘饼类锻件缺陷的形成机理及组织性能控制方面的研究还不够深入,且没有系统的理论进行指导。本文采用有限元模拟和实验相结合的方法深入系统地研究了7A09铝合金复杂盘饼类锻件等温成形过程中缺陷形成的机理,揭示了成形方案及热处理工艺对锻件组织性能的影响规律。采用热模拟实验方法研究了7A09铝合金的高温变形行为,获得了该合金的高温流变方程,绘制了7A09铝合金的热加工图,并结合变形组织确定了该合金等温成形的最佳工艺参数。采用数字化技术设计了复杂盘饼类锻件的等温精密成形方案和模具,实现了模具设计制造的一体化,提高了模具设计质量和加工精度,缩短了模具设计、制造周期,降低了成本。采用有限元模拟和实验相结合的方法分析了复杂盘饼类锻件成形时模膛的充填规律,研究了成形方案对成形质量的影响,揭示了该类锻件等温成形时充不满、折叠、粗晶、流线露头、涡流、穿流和穿筋等缺陷形成的机理,提出了复杂盘饼类锻件缺陷控制的有效措施,并采用优化工艺获得了尺寸精度、表面质量和内部流线均合格的7A09铝合金复杂盘饼类锻件。采用光学显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等现代分析方法,通过大量实验研究了变形工艺对7A09铝合金复杂盘饼类锻件组织和性能的影响。实验结果表明,制坯时变形程度、摩擦条件和终锻前的坯料厚度、锻造火次等都对锻件最终的组织性能有很大的影响,制定等温成形工艺方案时必须考虑这些因素的影响,才能获得更优良的锻件组织和性能。研究了各种热处理工艺对7A09铝合金复杂盘饼类锻件多火次等温锻造锻件组织性能的影响规律。结果表明,对于7A09铝合金复杂盘饼类锻件,采用常规过时效处理能够获得较好的综合性能,采用合理的双级时效或回归再时效制度可以在保证良好的塑性条件下获得更优良的强度、硬度和抗应力腐蚀性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超高强铝合金的研究状况及特点
• 1.2.1 国外超高强铝合金的发展状况
• 1.2.2 国内超高强铝合金的发展状况
• 1.2.3 超高强铝合金的特点及应用情况
• 1.3 铝合金热变形行为及热加工图的研究进展
• 1.3.1 铝合金热变形机制研究进展
• 1.3.2 铝合金材料本构关系研究进展
• 1.3.3 热加工图的研究进展
• 1.4 等温精密模锻技术研究概况
• 1.4.1 等温模锻技术的特点
• 1.4.2 等温精密模锻技术的研究进展
• 1.5 数字化技术在模具设计制造中的应用
• 1.6 锻件缺陷机理及组织性能研究概况
• 1.6.1 锻件缺陷机理研究概况
• 1.6.2 锻件组织性能研究概况
• 1.7 本课题的主要研究内容
• 第2章 7A09 铝合金的热变形行为和热加工图
• 2.1 引言
• 2.2 材料及方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 7A09 铝合金的热变形行为
• 2.3.1 真应力应变曲线
• 2.3.2 热变形行为本质分析
• 2.3.3 流变应力方程
• 2.4 7A09 铝合金的热加工图
• 2.4.1 热加工图的原理和方法
• 2.4.2 7A09 铝合金热加工图的建立与分析
• 2.5 最佳等温成形工艺参数的确定
• 2.6 本章小结
• 第3章 复杂盘饼类锻件等温精密成形方案及模具的数字化技术
• 3.1 引言
• 3.2 典型锻件的选择
• 3.3 等温精密成形方案及模具的数字化设计及制造技术
• 3.3.1 等温精密成形模具CAD
• 3.3.2 等温精密成形模具CAE
• 3.3.3 等温精密成形模具CAM
• 3.3.4 等温精密成形模具的CAD/CAE/CAM 一体化
• 3.4 本章小结
• 第4章 7A09 铝合金复杂盘饼类锻件等温成形缺陷形成和演变机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案及方法
• 4.2.1 实验方案
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 缺陷形成机理分析
• 4.3.1 充不满缺陷
• 4.3.2 粗晶缺陷
• 4.3.3 折叠缺陷
• 4.3.4 流线紊乱缺陷
• 4.4 成形工艺的优化
• 4.5 本章小结
• 第5章 变形条件对7A09 铝合金复杂盘饼类锻件组织性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验条件及方法
• 5.3 制坯变形程度对锻件组织性能的影响
• 5.4 制坯阶段的摩擦对锻件组织性能的影响
• 5.5 模锻前坯料厚度对锻件组织性能的影响
• 5.6 模锻锻造火次对锻件组织性能的影响
• 5.7 本章小结
• 第6章 热处理工艺对7A09 铝合金复杂盘饼类锻件组织性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验条件及方法
• 6.3 固溶处理对锻件组织性能的影响
• 6.3.1 固溶温度对锻件组织性能的影响
• 6.3.2 固溶时间对锻件组织性能的影响
• 6.3.3 高温短时固溶处理对锻件组织性能的影响
• 6.4 时效处理对锻件组织性能的影响
• 6.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历