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航空铝合金板应力松弛行为的试验研究

航空铝合金板应力松弛行为的试验研究

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作者：胡永会中南大学

学位级别：硕士

7xxx系(铝-锌-镁-铜系)和2xxx系(铝-铜-镁系)是可热处理强化的变形铝合金,它们具有优良的力学、加工成型性能,且可通过淬火时效工艺析出大量弥散强化相使合金得到强化,或采用表面喷丸工艺引入表面压应力以改善材料表面特性从而显著改善... 详细信息

7xxx系(铝-锌-镁-铜系)和2xxx系(铝-铜-镁系)是可热处理强化的变形铝合金,它们具有优良的力学、加工成型性能,且可通过淬火时效工艺析出大量弥散强化相使合金得到强化,或采用表面喷丸工艺引入表面压应力以改善材料表面特性从而显著改善铝合金结构件的疲劳性能,延长其使用寿命,并有效抑制表面微裂纹的萌生与扩展,故被广泛应用于航空航天等重要领域。但一方面,铝合金淬火过程中将产生很大的残余应力,严重影响航空铝合金结构件的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性与后续加工变形等;另一方面,由喷丸强化工艺引入的表面应力在外部温度、应力等交变载荷下很容易发生应力释放,从而使其有利效果降低。航空铝合金制件从坯料制备、冷热加工到工件最终服役,主要经受三类典型但性质不同的载荷：1)温度,关注影响工件力学性能的温度范围;2)振动,即高频微幅应力载荷;3)应力,多指低频中高应力载荷。本论文以7075与2A12航空用铝材为研究对象,借助于X射线衍射法等应力测试手段,实验研究并机理探讨淬火铝合金厚板结构残余应力的消减规律与工艺,及铝合金件表面喷丸应力松弛的影响因素。论文的研究工作主要有以下几个方面：1.实验研究了等温保温、阶梯状等温保温温度下铝合金淬火厚板的应力松弛特点,与不同热、力载荷加载路径下表面喷丸铝合金试样表面应力的演变特性,并结合应力松弛机理分析了热、力载荷下铝合金应力松弛的异同。虽然作用载荷性质不同,但最终影响到的是材料微观特性,故在应力松弛中所起到的效果相当,这也从侧面反映出理解应力松弛机理应诉诸于材料内部微细观特性的演变规律。2.研究了振动时效技术中激振频率的选择依据,且理论探讨了振动时效过程中阻尼对幅频特性的影响,及阻尼-幅频特性曲线呈特定变化趋势的原因,进一步分析并实验得到激振频率或振型对铝合金厚板淬火残余应力场消减或重分布的影响特性。考虑到工程应用,结合运用应力疲劳公式与等效线性本构关系,文中提出了一个基于应力功恒等法的振动时效模型。3.实验研究了交变循环载荷下铝合金厚板的表层应力松弛规律。通过测量淬火与喷丸强化工艺后铝合金试样的表面特性,包括表层显微硬度、表面粗糙度、表层应力分布及表层强度分布等,主要研究了试样表层应力梯度与表层屈服强度梯度在铝合金疲劳性能与循环交变载荷下应力松弛中所表现出的各自特性,得到了铝合金试样应力消减的主要影响因素与应力演变的一般规律。

关键词：铝合金厚板残余应力应力松弛 X射线衍射法温时效振动时效交变循环载荷

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