铝合金厚板淬火-预拉伸残余应力的有限元仿真

利用MSC.Marc非线性有限元软件建立了一个淬火-预拉伸模型,并利用该模型对7075铝合金厚板进行了仿真研究。仿真结果表明,对于7075铝合金的最佳拉伸量为2.0%～2.5%,预拉伸后板内残余应力降低幅度可达90%以上,且残余应力分布形式由淬火态的"M"型演变为预拉伸后的"W"型;随着拉伸量的增加铝板内塑性变形合格的区域逐渐增加,可利用预拉伸中的等效应力分布状态确定锯切区。若提供适当的残余应力测试结果,利用有限元仿真模型可有效地揭示铝合金厚板淬火-预拉伸内部残余应力的演变规律。     

7075铝合金厚板预拉伸模拟分析及其在淬火残余应力消除中的应用

运用有限元软件ABAQUS, 对7075铝合金板材淬火过程进行了模拟.比例件的加工变形表明淬火模拟所得的残余应力是可信的.在获得淬火残余应力的基础上, 模拟了不同预拉伸量对毛坯的淬火残余应力的消除.结果表明: 拉伸量为3%时, 毛坯产生2.1%～2.6%的永久变形, 残余应力消除量约为86%, 完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

初始残余应力对薄壁回转件加工变形的影响

为了研究毛坯初始残余应力对7075铝合金薄壁回转结构件加工变形的影响,采用有限元仿真和试验验证结合的方法,利用ABAQUS顺序耦合热应力分析对铝合金薄壁回转结构件的淬火过程进行研究,得到毛坯的初始残余应力,并进行了毛坯的初始残余应力测量试验,再用有限元方法仿真了切削过程,并进行切削试验。结果表明,有限元仿真结果与测量结果数据相近,初始残余应力误差最大为16.85%,工件的径向变形量误差最大为0.033mm,毛坯初始残余应力对7075铝合金薄壁回转结构件的加工变形有着显著的影响,同时验证了有限元模型的准确性,可为后续的加工参数进行优化和预测,对实际生产具有一定的参考价值。     

淬火温度对7075铝合金厚板残余应力的影响

对7075铝合金厚板进行固溶处理后,分别在不同的淬火水温下进行浸没淬火和喷淋淬火。运用X射线衍射法测试淬火板的表面残余应力,利用维氏硬度仪测试板表面显微硬度,研究淬火工艺及水温对铝合金厚板残余应力与力学性能的影响。结果表明:随淬火温度的升高,浸没淬火与喷淋淬火引入的表面残余压应力水平与表面显微硬度迅速下降,且在一定的温度下,前者比后者引入的残余应力水平大40%,而显微硬度仅大7%。     

降低7075铝合金厚板淬火残余应力的工艺

7075铝合金可通过淬火时效获得高强度，但它在淬火过程中会产生淬火残余应力，本文对7075铝合金厚板在不同淬火水温下，以及某一水温下淬火后经不同预拉伸量和不同时效工艺制度下淬火残余应力大小及变化规律进行了测试与分析，结果表明：随着淬火水温的升高，残余应力明显降低；水淬后随着预接拉伸量的增加，残余应力逐渐从压应力转变为拉应力，当预拉伸量约2%时，残余应力基本上趋近于零；随着时效温度升高和时效时间延长，残余应力呈下降趋势，因此，合理的淬火水温，预拉伸量以及时效制度是降低7075铝合金厚板淬火残余应力的有效工艺措施，其中尤以适当的淬火水温和预拉伸量最为有效。     

40Cr钢齿轮高频感应加热的水淬处理

为了防止 4 0Ｃｒ钢齿轮的淬裂和减少畸变 ,齿轮高频感应加热后一般都采用油淬。油淬有污染 ,且成本高 ,我们在生产中试用自来水对齿轮进行淬火冷却获得成功。零件高频淬火后的淬硬层较浅 ,表面残余应力为压应力 ,有利于防止淬火开裂。因此只要控制得当 ,4 0Ｃｒ钢齿轮在高频感应加热后可以用水淬冷。为了降低淬火应力 ,4 0Ｃｒ钢齿轮的淬火加热温度一般选用 880～ 90 0℃ ,以接近下限为宜。水在低温的冷却能力较强 ,为了防止 4 0Ｃｒ钢齿轮的淬火开裂 ,齿轮经高频感应加热并淬火冷却到Ｍｓ点 (稍高于 2 5 0℃ )以后 ,即出水空冷 ,以降低冷…     

预拉伸对7075铝合金厚板残余应力分布的影响

运用有限元法对7075铝合金厚板预拉伸过程进行了数值模拟,获得了预拉伸板内部的残余应力分布,研究了预拉伸量对残余应力演变的影响.采用裂纹柔度法对淬火板和预拉伸板(拉伸量分别为1.8%、2.2%和2.5%)进行了残余应力检测,计算得到了不同工艺下铝厚板内部的残余应力分布.结果表明:预拉伸能够大幅消减淬火残余应力,当拉伸量为2.2%左右时,残余应力减少至±20MPa,能够满足后续加工的要求.     

曲轴感应淬火及残余应力的仿真与试验研究

曲轴在感应淬火时产生应力集中或应力分布不均会导致曲轴变形过大而失效。本文采用有限元方法对曲轴加热和冷却过程及残余应力进行了仿真,并对轴颈显微组织、轴颈淬硬层深度及曲轴残余应力进行了测试分析。结果表明,轴颈淬硬层为细针状马氏体,基体为回火索氏体,表面平均硬度为52.8 HRC,心部硬度为26.0~30.0 HRC,淬火后轴颈表面残余压应力为-154.3~-254.9 MPa;连杆颈淬硬层深度为4.0 mm,过渡圆角处淬硬层深度为2.1 mm。曲轴感应淬火后淬硬层深度预测和残余应力的仿真结果与试验结果基本一致,仿真可预测淬硬层深度。     

7075铝合金锻件淬火热处理有限元模拟

采用Deform-3D有限元软件,对7075铝合金锻件淬火热处理过程进行了数值模拟,讨论了固溶温度及淬火介质温度对淬火后残余应力的影响。结果表明:残余应力呈现表层受压、芯部受拉的分布;通过提高淬火介质温度或降低固溶温度可降低材料在淬火过程中产生的残余应力。     

淬火残余应力对铝合金厚板裂纹应力强度因子及扩展趋势的影响

为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值进行对比,研究两种条件下应力强度因子的分布规律和两者之间的异同;通过分析在初始淬火残余应力条件下不同半径裂纹受不同均匀拉应力荷载作用时的裂纹应力强度因子随裂纹位置角的演变曲线,探究淬火残余应力对裂纹扩展趋势的影响规律。结果表明,淬火残余应力的存在改变了铝合金厚板应力强度因子的分布规律和裂纹的扩展趋势,淬火残余应力使表层附近的裂纹扩展受到遏止,裂纹易于在厚度方向优先扩展。     

复杂薄壁壳体淬火过程的数值模拟

采用ANSYS有限元软件对复杂薄壁壳体淬火过程温度场和应力场进行了数值计算,将通过有限元法计算的工件外表面畸变量与实测值进行了对比.结果表明,复杂薄壁壳体在淬火过程中,沿工件厚度方向温度分布不均匀,吊具底板对温度场有明显影响;工件淬火后残余应力和应变主要分布在球冠形罩子附近以及两个球冠形罩子之间的过渡段;有限元法计算的工件外表面畸变量与实测值基本吻合,从而验证了有限元模型.研究结果有助于复杂薄壁壳体淬火工艺制订及淬火应力和畸变规律的认识.     

极薄、超宽规格装甲板压力淬火工艺数值模拟优化

利用数值模拟的方法对极薄、超宽规格装甲板淬火过程的畸变进行了模拟研究,并对脉冲式压力淬火的控制参数进行了优化。通过对比不同冷却条件装甲板的变形量,确定了脉冲式压力淬火的脉冲压力和周期。结果表明,脉冲约束的模拟条件下,装甲板在厚度Z方向上的最终变形量为1.7 mm,不仅小于2 mm的标准要求,而且可以实现装甲板的小淬火畸变前提下满足其表面无压痕、划痕等其他损伤的实际生产需求。     

Residual stress in quenched 7075 aluminum alloy thick plates

1　INTRODUCTION70 75isoneoftheprecipitation hardenedalu minumalloysmainlyusedasplateandforgingsintheaerospaceindustry .Itshighstrengthisachievedthroughaquenchingoperationwherethematerialisrapidlycooledfromthesolutionheattreatmenttem perature(4 75℃ )toroomtemperature ,whichcancausetheadverseeffectofintroducingresidualstress ,leavingthematerialunsuitableforfurthermachiningoperationsandforservice[13] .Residualstressinthequenchingoperationforaluminumalloysisusuallystudiedbynumericalprediction…     

胀形对2219铝合金环形件淬火残余应力的影响

利用ABAQUS有限元软件对2219铝合金环形件淬火过程及后续胀形过程中径向截面上残余应力的分布进行数值模拟,研究了胀形量对淬火残余应力消减率的影响。结果表明:淬火后环件的径向应力在上下端面呈压应力,在-106 MPa左右,在芯部应力值较小;周向应力和轴向应力均呈外部压应力、芯部拉应力的应力分布状态。胀形对环件的径向应力、周向应力和轴向应力均有显著的消减效果。胀形量在0.25%~4.00%范围内增加时,环形件的残余应力减小,周向应力和轴向应力的消减率都增大并趋于定值,且周向应力消减率的增大速度比轴向应力消减率的增大速度快。当胀形量<3%时,周向应力的消减率大于轴向应力的消减率,当胀形量>3%时,周向应力的消减率略小于轴向应力的消减率;当胀形量>2%时,周向应力和轴向应力的平均消减率>80%,环件的淬火残余应力得到很好的消减。     

Effects of welding parameters and welding sequence on residual stress and distortion in Al6061-T6 aluminum alloy for T-shaped welded joint

The distribution of temperature and then the distribution of residual stress and distortion in the stiffened aluminum alloy Al6061-T6 plates under the metal inert gas (MIG) welding process were investigated by three dimensional thermo-mechanical coupled finite element model using Ansys software. The properties of materials were considered temperature-dependent and the filler metal was added to the workpiece by the element birth and death technique. In three modes of current, two different speeds and two various sequences, the distribution of residual stress and distortion were calculated and analyzed. The results showed that increase in welding speed decreased the vertical deflection in the plate, transverse shrinkage and angular distortion of plate and the lateral deflection of stiffener, but increased the maximum longitudinal tensile stress in the plate and stiffener. Furthermore, increase in current increased the residual stress and deformation in the plate and stiffener, and the change in the welding sequence changed the distribution of the distortion in the plate and the stiffener without significant change in the distribution of the longitudinal residual stress.     

基于DEFORM的U型截面铝合金锻件淬火入水方式对残余应力的影响

采用DEFORM软件对U型截面铝合金锻件固溶后淬火入水方式进行了数值模拟分析,研究了4种入水姿态和自由落体、5 m/s及2 m/s的入水速度对锻件温度场和残余应力的影响规律。结果表明,锻件入水姿态和入水速度对残余应力的影响显著,该锻件以U型面旋转90°姿态和自由落体入水时,残余应力值最小且分布最均匀。     

大型渗碳淬火齿圈预处理工艺探讨

根据热处理产生形变的普遍规律分析,正火与调质所产生的残余应力不同,其产生形变的规律也不同.对于大型渗碳淬火齿圈,预处理采用调质与正火进行比较,调质可以得到更加均匀分布的碳化物形态,其形变规律与最终的渗碳淬火形变规律一致,更有利于减小零件的热处理畸变.     

42CrMo钢量化水淬应用研究

研究了量化水淬对42CrMo钢淬硬层深度及淬火畸变的影响,将其与普通水淬和油淬进行了比较.结果表明,量化水可以获得介于普通水和油之间的冷却特性,但300 ℃时的冷速仍明显高于油的冷速.42CrMo钢量化水淬时,可以获得介于普通水淬和油淬之间的硬化层深度和淬火硬度,量化水淬的淬火畸变也介于二者之间. 从不同试样的畸变开裂情况来看,形状复杂的42CrMo钢零件不宜采用水或量化水淬,而简单形状的42CrMo钢零件,可以根据工件的淬火要求,通过调节量化水的参数,获得所需的冷却速度,达到淬火目的.     

20钢渗碳淬火应力与畸变的有限元计算

介绍了淬火冷却过程中应力与畸变计算的基本原理，对20钢渗碳层中碳的分布进行了非线性回归处理，建立了渗层的碳分布模型。对20钢渗碳后的淬火应力与畸变进行了有限元计算。结果表明，淬火应力与畸变的计算结果与实际吻合。