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鋁合金厚板殘余應力的形成過程

時間: 2020-04-02 18:25 瀏覽次數：

鋁合金厚板殘余應力的形成過程殘余應力產生的原因,可分為因外部作用的外在原因,和來源于物體內部組織結構不均勻的內在原因,分述如下: 1.不均勻塑性變形產生的殘余應力工件在加

鋁合金厚板殘余應力的形成過程

殘余應力產生的原因,可分為因外部作用的外在原因,和來源于物體內部組

織結構不均勻的內在原因,分述如下:

1.不均勻塑性變形產生的殘余應力

工件在加工過程中和表面形變強化處理(如噴丸,滾壓等)時,材料表面或

部分區域發生了塑性變形。振動時效當外力去除后,表面將形成殘余應力,與之平衡在未

塑性變形的部分將產生與表層相反的殘余應力。機械加工時,因不同的工藝參數

會產生殘余拉或壓內應力。振動時效設備表面形變強化則可在一定層深內產生較大的殘余應

力

2.不均勻溫度場產生的殘余應力

振動時效工件在加熱,冷卻過程中,由于各部分的熱傳導狀況不同,工件的溫度場不

均勻,致使部分的彈性模量,熱膨脹系數等各不相同,從而在工件內部產生的塑

性變形也是不均勻的,這時產生的應力稱為熱應力。

3.化學變化產生的殘余應力

金屬材料在化學熱處理、電鍍、噴涂等工藝后,出于工件表面向內部擴展的

化學成分或物理化學變化引起的密度變化也會產生殘余應力。

振動時效設備各種工藝過程產生的殘余應力往往是變形、熱和相變引起的殘余應力的綜合

結果。各種工藝參數和機件的幾何形狀、尺寸大小對工藝過程產生的殘余應力有

著錯綜復雜的影響。振動時效殘余應力的產生不論是由于何種原因引起的,都是晶體的晶

格產生了一定范圍內的歪曲和晶格畸變,從而在不同范圍內形成的自相平衡的彈

性力,要消除這種彈性力,則必須使晶格歪曲和晶格畸變減少或消失,以及使原

子回到平衡位置。常用的消除殘余應力的方法是使金屬材料發生塑性變形,從而

使殘余應力松弛2。

振動時效為獲得足夠強度與韌性的鋁合金厚板,各種毛坯必須進行固溶處理。材料從

大約500℃的高溫快速冷卻到較低溫度(取決于鋁合金類型)時,在冷卻過程中引

入了很大的熱應力梯度,通常構件表面呈現壓應力而內部呈現拉伸應力。有關研

究結果表明,鋁合金固溶處理時淬火產生的殘余應力甚至會接近材料的屈服極

限。其應力分布與構件的尺寸與幾何形狀有關,當形狀復雜且厚度不均勻時,將

導致復雜的應力分布狀態。淬火速度愈快,一方而使銅、鎂、硅、鋅等硬化溶質

振動時效設備最大限度地溶入鋁等固溶體中得到強化,另一方而使冷卻過程中材料內部的溫度

梯度愈大,從而產生的殘余應力也愈大

鋁合金厚板生產主要工藝過程如下

熔煉—鑄造均勻處理熱軋—480℃固溶

淬火→預拉伸一時效一機械加工

在以上工藝過程中,淬火是引起工件內殘余應力的主要環節。對鋁合金來說,

振動時效淬火是為了得到過飽和固濟體,為下一步的時效做準備。因此,為避免高溫時形

成的過飽和固溶體發生分解以致影響時效后的強度,必須在淬火時保證足夠的冷

卻速度。但是對厚度40~60mm的鋁合金板材,淬火冷卻速度太快易使工件內外

層冷卻速度不一致,從而產生自平衡的內應力,在淬火時效后,此種應力仍殘留

在工件內,形成殘余應力6。

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