7050铝合金结构件热处理与冷成形过程残余应力演化规律的数值模拟

王 浩，肖纳敏，李惠曲，王 晓

(中国航发北京航空材料研究院，北京 100095)

飞机铝合金整体框构件是飞机重要承力结构部件之一，其内在质量是飞机安全性的重要保障。为了减轻飞机整体质量，同时确保整体框结构的强度满足性能需求，轻质高强的7050铝合金成为飞机整体框构件的适用材料。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[1]。然而，上述制造工艺在获得材料优异性能的同时，也会使得铝合金构件中产生较大的淬火残余应力。后续机械加工过程中，构件内部淬火残余应力会随着材料的去除不断释放，进而产生严重的机械加工变形[2-4]。

铝合金构件残余应力的产生，主要受到以下几类因素影响：首先是几何结构，复杂的几何结构易导致构件在锻造过程受到的累积塑性变形不均匀；其次是热处理工艺，淬火冷却过程温度剧烈变化并使得各部位冷却速率差异较大，导致热应力分布不均匀；另外是材料特性，由于材料经历了固溶时效热处理，残余应力在高温阶段的回复与低温阶段的累积都影响着最终残余应力的分布。在实际制造过程中，这几类因素相互影响，导致零件的残余应力分布规律很难凭经验进行预测与控制[5-7]。

对大型铝合金整体锻件来说，消减残余应力普遍采取的方法是在机械加工前进行冷变形。……