新型航空铝合金锻造有限元模拟及工艺优化

【类型】学位论文

【作者】邓同生 

【关键词】 铝合金锻造 有限元模拟 穿流 粗晶 工艺优化

【摘要】铝合金在机械、交通运输、电力、化工及日常生活等领域有广泛的应用。在现代航空器上，很多重要的零件或承力构件都是由铝合金锻件制成的。在铝合金的锻造过程中，除了表面缺陷、尺寸和几何形状方面的缺陷以外，还可能出现内部组织方面的缺陷，如穿流、穿筋和低倍粗晶等。因此，对铝合金锻件内部进行组织缺陷的分析研究，是铝合金锻件生产中的一项重要工作。为了在有限元模拟软件中建立新型航空铝合金7B04的材料类型，本文首先在Gleeble-3500型热模拟试验机上对该铝合金的圆柱形试样进行热压缩变形实验，研究该材料在变形温度为400～475℃，应变速率为1～50s-1条件下的流变行为。研究结果表明，7B04铝合金高温塑性变形时存在稳态流变特征。稳态流变应力随应变速率的增加而升高；随变形温度的升高而明显降低。并基于修正的双曲正弦式Arrhenius方程建立了该合金的本构模型。对某7B04铝合金锻件的内部组织进行观察后发现：该锻件在前缘筋的根部出现了穿流缺陷，并在穿流区出现了成片状的粗大晶粒。随后，本文在有限元分析软件DEFORM-3D中对该锻件的模锻过程进行了数值模拟，获得了锻件内部的金属流动情况、应变速率场、应变场和温度场等。研究发现该锻件内部的穿流是由于锻件在最后接近成形时筋条部位已经充满，腹板处多余金属剧烈地流向毛边槽，将邻近的表层金属带着流动而形成。穿流区的粗晶则是由于该部位剧烈的剪切变形，使得金属内部储存了大量变形能，且加剧了第二相粒子的偏聚和形变热效应，导致该区域温度过高，产生局部过热，在其后的晶粒长大过程中，晶粒之间通过聚集再结晶而形成了片状的大粗晶。另外通过7B04铝合金的镦粗实验发现，该合金在温度高于490℃、等效应变大于0.85的条件下变形时将会出现粗晶。最后，通过数值模拟对该锻件的锻造工艺进行优化。研究结果表明，将该锻件模锻时每次锤击的能量降低为100KJ（即额定能量的80%），或者将下模相应圆角由R10修改为R15后，成形时筋根部的金属流动更符合流线要求；且降低了该部位金属的温度，能有效防止该锻件穿流和粗晶缺陷的产生。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】南昌航空大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王高潮

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