7050铝合金残余应力冷变形消减工艺仿真研究

王 浩，肖纳敏，李惠曲，沙爱学

(中国航发北京航空材料研究院，北京 100095)

0 引言

7×××系铝合金是目前航空航天领域中应用广泛的一类高强高韧铝合金，其构件通常需要经过开坯锻造,以及固溶-淬火-时效热处理，以提高材料的强度、韧性、抗疲劳性能以及耐腐蚀性能等[1]。然而，固溶淬火后铝合金构件易产生较大的残余应力，尤其对于大型、整体、结构复杂的构件，其淬火残余应力非常大。构件在后续机械加工过程中，由于外界条件的改变，构件内部残余应力平衡状态被打破，残余应力被释放和重新分布，导致加工后的零部件在没有约束的条件下易产生严重的弯曲、扭转等变形现象[2-3]。除此之外，构件中淬火残余应力的存在还会降低材料的耐腐蚀、抗疲劳性能，导致构件在服役期间出现应力腐蚀开裂等问题，大大降低构件的使用寿命和安全性能。因此，如何有效预测、控制、消减铝合金构件中的残余应力是目前航空航天等领域中极为重要的研究方向[4-8]。

残余应力的产生、积累和消减是一个非常复杂的物理现象，受到热处理工艺、零件几何结构和材料特性等多方面因素的交互影响。对于复杂铝合金零件，通过实验“试错”的方法来探索残余应力分布规律将耗费大量的人力物力。数值模拟技术可以将工序间的变形、传热以及残余应力统一考虑，是优化与控制工艺参数的有效手段[9-11]。为了研究铝合金零件制造过程的残余应力分布规律以及冷变形对残余应力消减的控制规律，本文基于实测的7050铝合金热物性和力学性能参数，构建了高精度的热力耦合数值模型，分析残余应力在热处理及冷变形全过程的演化规律，为冷变形残余应力控制技术提供理论支撑。……