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2195铝锂合金搅拌摩擦焊板材超低温协调变形行为

2195铝锂合金搅拌摩擦焊板材超低温协调变形行为

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作者：金晓月哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

新一代铝锂合金具有较低的密度和较高的强度,促进了运载火箭的轻量化发展,并有效的提高了火箭的运载能力,因此,在箭体材料领域具有较为广泛的使用前景。由于铝锂合金超大尺寸薄壁构件整体成形时具有难成形、设备吨位大、坯料尺寸小的难... 详细信息

新一代铝锂合金具有较低的密度和较高的强度,促进了运载火箭的轻量化发展,并有效的提高了火箭的运载能力,因此,在箭体材料领域具有较为广泛的使用前景。由于铝锂合金超大尺寸薄壁构件整体成形时具有难成形、设备吨位大、坯料尺寸小的难题,本文提出采用搅拌摩擦焊（FSW）板材超低温（-196℃）成形的方法,将搅拌摩擦焊工艺和超低温成形相结合,在“可成形”的同时保证了成形件的性能。本文主要研究了2195铝锂合金FSW板材在超低温（-196℃）条件下力学性能和胀形性能,探究不同变形条件对FSW板材的协调变形的影响,为实际工程应用奠定了理论基础。通过超低温单向拉伸实验,研究母材在不同低温温度、热处理状态下的力学性能;进而研究FSW板材在不同FSW参数、不同热处理状态下的力学性能。得到了焊速对焊接接头外观形貌、延伸率以及强度均没有很大影响,焊接转速对焊缝外观形貌影响较大。在超低温条件下（-196℃）,FSW板材的延伸率和强度都有大幅度的提高,且随着热处理温度升高,FSW板材强度逐渐提高,强度均高于母材;延伸率呈先增加后趋于稳定的趋势。通过分析在单向应力状态下不同变形条件下的协调变形行为,建立理论解析模型,探究FSW板材协调变形的规律。得到在超低温（-196℃）条件下,在单向应力状态下,母材、焊板的均匀变形能力均有所提高,应变分布更加均匀。在单向应力状态下,焊缝和母材厚向应变之比主要与焊缝和母材的强度比、厚度比有关;在自由胀形过程中,还与所在胀形区位置有关,越靠近胀形区顶部应变越大。通过模拟FSW板材在超低温（-196℃）条件下的胀形过程,研究FSW板材在不同材料属性和几何属性下的协调变形行为。得到当焊缝、母材强度不同时,变形主要集中强度较弱的区域,焊缝和母材性能越均匀,板材变形的均匀性越好。通过对FSW板材强度较弱的区域进行增厚,可提高板材变形均匀性。焊缝位置从中心向边缘偏移,焊缝对FSW板材变形的影响减弱,板材协调变形能力有所提高。

关键词： 2195铝锂合金搅拌摩擦焊超低温成形协调变形行为

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