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鋁合金厚板殘余應(yīng)力的形成過程
時間: 2020-04-02 18:25 瀏覽次數(shù)：
鋁合金厚板殘余應(yīng)力的形成過程 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因,可分為因外部作用的外在原因,和來源于物體內(nèi)部組 織結(jié)構(gòu)不均勻的內(nèi)在原因,分述如下: 1.不均勻塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 工件在加
鋁合金厚板殘余應(yīng)力的形成過程
殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因,可分為因外部作用的外在原因,和來源于物體內(nèi)部組
織結(jié)構(gòu)不均勻的內(nèi)在原因,分述如下:
1.不均勻塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
工件在加工過程中和表面形變強化處理(如噴丸,滾壓等)時,材料表面或
部分區(qū)域發(fā)生了塑性變形。振動時效當(dāng)外力去除后,表面將形成殘余應(yīng)力,與之平衡在未
塑性變形的部分將產(chǎn)生與表層相反的殘余應(yīng)力。機械加工時,因不同的工藝參數(shù)
會產(chǎn)生殘余拉或壓內(nèi)應(yīng)力。振動時效設(shè)備表面形變強化則可在一定層深內(nèi)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)
力
2.不均勻溫度場產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
振動時效工件在加熱,冷卻過程中,由于各部分的熱傳導(dǎo)狀況不同,工件的溫度場不
均勻,致使部分的彈性模量,熱膨脹系數(shù)等各不相同,從而在工件內(nèi)部產(chǎn)生的塑
性變形也是不均勻的,這時產(chǎn)生的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。
3.化學(xué)變化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
金屬材料在化學(xué)熱處理、電鍍、噴涂等工藝后,出于工件表面向內(nèi)部擴展的
化學(xué)成分或物理化學(xué)變化引起的密度變化也會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
振動時效設(shè)備各種工藝過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力往往是變形、熱和相變引起的殘余應(yīng)力的綜合
結(jié)果。各種工藝參數(shù)和機件的幾何形狀、尺寸大小對工藝過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力有
著錯綜復(fù)雜的影響。振動時效殘余應(yīng)力的產(chǎn)生不論是由于何種原因引起的,都是晶體的晶
格產(chǎn)生了一定范圍內(nèi)的歪曲和晶格畸變,從而在不同范圍內(nèi)形成的自相平衡的彈
性力,要消除這種彈性力,則必須使晶格歪曲和晶格畸變減少或消失,以及使原
子回到平衡位置。常用的消除殘余應(yīng)力的方法是使金屬材料發(fā)生塑性變形,從而
使殘余應(yīng)力松弛2。
振動時效為獲得足夠強度與韌性的鋁合金厚板,各種毛坯必須進(jìn)行固溶處理。材料從
大約500℃的高溫快速冷卻到較低溫度(取決于鋁合金類型)時,在冷卻過程中引
入了很大的熱應(yīng)力梯度,通常構(gòu)件表面呈現(xiàn)壓應(yīng)力而內(nèi)部呈現(xiàn)拉伸應(yīng)力。有關(guān)研
究結(jié)果表明,鋁合金固溶處理時淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力甚至?xí)咏牧系那O
限。其應(yīng)力分布與構(gòu)件的尺寸與幾何形狀有關(guān),當(dāng)形狀復(fù)雜且厚度不均勻時,將
導(dǎo)致復(fù)雜的應(yīng)力分布狀態(tài)。淬火速度愈快,一方而使銅、鎂、硅、鋅等硬化溶質(zhì)
振動時效設(shè)備最大限度地溶入鋁等固溶體中得到強化,另一方而使冷卻過程中材料內(nèi)部的溫度
梯度愈大,從而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也愈大
鋁合金厚板生產(chǎn)主要工藝過程如下
熔煉—鑄造均勻處理熱軋—480℃固溶
淬火→預(yù)拉伸一時效一機械加工
在以上工藝過程中,淬火是引起工件內(nèi)殘余應(yīng)力的主要環(huán)節(jié)。對鋁合金來說,
振動時效淬火是為了得到過飽和固濟體,為下一步的時效做準(zhǔn)備。因此,為避免高溫時形
成的過飽和固溶體發(fā)生分解以致影響時效后的強度,必須在淬火時保證足夠的冷
卻速度。但是對厚度40~60mm的鋁合金板材,淬火冷卻速度太快易使工件內(nèi)外
層冷卻速度不一致,從而產(chǎn)生自平衡的內(nèi)應(yīng)力,在淬火時效后,此種應(yīng)力仍殘留
在工件內(nèi),形成殘余應(yīng)力6。
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