大型7085铝合金筒形件锻造成形及淬火残余应力消减工艺研究

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中文摘要：大型圆筒形锻件常用于运载火箭中的承力环、潜艇中的发射筒、核电中的高压容器及蒸发器和化工中的反应器等重要部件。这些产品在使用时要承受高温高压恶劣环境且工作时受力情况复杂，所以对锻件的性能提出了很高的要求，要求其具有高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性能。本文针对大型7085铝合金筒形件的制造全历程，由于其铸锭较大、铸态组织不均匀，在锻造成形后中间坯料内部变形不均匀，从而使锻件组织和性能也不均匀。同时，由于7085铝合金锻件在固溶后的淬火过程会产生较大的温差从而形成较大的淬火残余应力，在后续机加工中锻件可能会发生变形甚至开裂，导致报废。因此，本文对大型7085铝合金筒形件的制备全工艺链建立了有限元模型，包括铸锭多向自由锻开坯、反挤压、芯轴扩孔、固溶淬火以及冷胀形消减淬火残余应力。通过探究各工序中工艺参数对锻件场量分布规律的影响来优化工艺参数，以获得变形均匀、性能优良的锻件，为大型7085铝合金筒形件的实际生产提供理论依据。本文的主要内容如下：（1）基于Deform-3D平台建立了大型7085铝合金铸锭多向自由锻造开坯模型，探究了开锻温度和镦拔道次对坯料内部温度均匀性和变形均匀性的影响。结果表明，450℃是 7085 铝合金铸锭的较优开锻温度；两镦两拔和四镦四拔两种开坯方案均是较优方案，后续将进行生产验证得出最优方案。（2）基于Deform-3D平台对7085铝合金进行反挤压有限元数值模拟，分析挤压速度和挤压比对成形件的温度、应变、金属流动速率分布以及成形载荷的影响。研究发现，1mm/s的挤压速度、1200mm直径的挤压筒为最优反挤压方案。反挤压之后，对7085铝合金进行了芯轴扩孔有限元数值模拟，研究了上砧单次压下量对扩孔后应变均匀性和尺寸精度的影响。结果表明，当上砧单次压下量为35mm时，应变方差最小，变形较为均匀，而且尺寸能达到要求。（3）基于Abaqus软件建立了7085铝合金筒形件淬火过程的有限元模型，研究分析了锻件在不同水温淬火后的尺寸变化、残余应力的分布规律、析出相的含量以及硬度变化。从衡量其析出相含量以及硬度变化的角度上看，考虑淬火过程应尽可能保证更多的过饱和固溶体，避免粗大第二相的析出，故 35℃水温下淬火是较优的选择，但同时也带来了较高的残余应力。（4）基于Abaqus平台建立了7085铝合金筒形件的冷胀形模型，主要探讨了冷胀形工艺中的初始状态（淬火水温）、总胀形量、胀形道次及各道次之间模具的转动角度四种参数对于工件整体变形均匀性以及对残余应力分布和消减的影响。结果显示，胀形量对残余应力的影响最明显，胀形量在2.5%~3.5%中选择最合适。（5）对大型 7085 铝合金筒形件进行了实际生产试制，以验证全工艺链模拟的准确性和有效性；并对最终成形的筒形件进行了力学性能和显微组织检测。经生产验证四镦四拔为最优锻造开坯方案，所有检测结果均满足指标要求。

作者：

何珞玉

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关键词：

铝合金筒形件锻造成形淬火过程残余应力力学性能显微组织

授予学位：

硕士

学科专业：

材料科学与工程

导师：

徐戊矫

学位年度：

2023

学位授予单位：

重庆大学

语种：

中文

中图分类号：