Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金厚板淬火過程數(shù)值模擬

時間：2020-01-05作者：蘇州市萊豪熱處理設(shè)備有限公司瀏覽：1113

 采用Simufact有限元分析軟件，對4000mm×720mm×285mm尺寸的Al-Zn-Mg-Cu新型高強鋁合金厚板淬火過程進行了模擬分析。結(jié)果表明，淬火過程中厚板表面和心部存在很大的溫度梯度，同時各部分溫降速率不斷變化，淬火26s時表面平均溫降速率由10.43℃/s急降至小于0.01℃/s，而心部溫降速率則是緩慢減小。厚板殘余應(yīng)力，淬火初期表現(xiàn)為外拉內(nèi)壓，淬火后期則為外壓內(nèi)拉。淬火后，厚板表面較大殘余壓應(yīng)力分量約為-175MPa，心部較大殘余拉應(yīng)力分量約為199MPa。

高強、高韌、耐腐蝕的Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金厚板是現(xiàn)代*、**、民用等領(lǐng)域**發(fā)展**的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。為實現(xiàn)該系高強鋁合金厚板的強韌化，需要經(jīng)過沉淀強化處理，即通過在固溶處理后以**冷卻的方式淬火到室溫，然后再通過時效處理使合金析出大量彌散強化相而獲得高強度。但是，鋁合金厚板在淬火后會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，使厚板在隨后的機加工過程中出現(xiàn)彎曲和翹曲變形，從而嚴重影響鋁合金厚板的斷裂韌度、抗應(yīng)力腐蝕等性能。因此，研究高強鋁合金厚板淬火過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生過程及大小分布，對于控制厚板殘余應(yīng)力，改善其使用性能具有非常重要的意義。鑒于殘余應(yīng)力各種測量手段的局限性，借助于計算機技術(shù)，通過采用有限元軟件對淬火過程進行數(shù)值模擬，分析內(nèi)部溫度和殘余應(yīng)力變化情況，已成為厚板淬火殘余應(yīng)力研究的重要手段。本文采用Simufact有限元軟件模擬分析了Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金厚板淬火過程，利用點跟蹤法分析了淬火過程中的溫度場和應(yīng)力場變化。

1、淬火過程模擬參數(shù)的驗證

為驗證淬火過程模擬參數(shù)的**性，本文**采用Simufact軟件對340mm(l)×127mm(w)×124mm(h)的7050高強鋁合金厚板淬火過程進行了模擬。模擬參數(shù)取自文獻。根據(jù)對稱性，建立1/8模擬模型，如圖1所示。固溶溫度477℃，淬火介質(zhì)為66℃的水。淬火后厚板殘余應(yīng)力分量在圖1所示的中截面上沿X、Z兩對稱軸上的值，如圖2所示。圖2中3種殘余應(yīng)力值分別為本文Simufact軟件模擬值、ABAQUS軟件模擬值和殘余應(yīng)力實測值。與殘余應(yīng)力實測值對比可知，Simufact軟件模擬值和ABAQUS軟件模擬值精度相當(dāng)。X向應(yīng)力分量(圖2(a，d))，厚板表面壓應(yīng)力和心部拉應(yīng)力的Simufact模擬值與實測值較接近;Y向應(yīng)力分量(圖2(b，e))，ABAQUS和Simufact模擬值與實測值的平均差值分別為69.15MPa和41.82MPa，同時可見厚板表面壓應(yīng)力的Simufact模擬值與實測值較接近，厚板心部拉應(yīng)力的ABAQUS模擬值與實測值較接近;Z向應(yīng)力分量(圖2(c，f))，ABAQUS和Simufact模擬值與實測值的平均差值分別為1.51MPa和1.76MPa，可見Simufact和ABAQUS的模擬精度相等。綜合3個方向殘余應(yīng)力分量的模擬精度，大部分區(qū)域Simufact模擬值較接近實測值，模擬精度較高。
 3、結(jié)論

1)通過Simufact有限元軟件對7050高強鋁合金厚板淬火過程的模擬驗證，可知Simufact模擬淬火過程殘余應(yīng)力值精度較高，模擬參數(shù)選取合理。

2)新型Al-Zn-Mg-Cu鋁合金厚板淬火過程中表面和心部存在很大的溫度梯度，厚板各部分金屬的溫降速率不斷變化。表面平均溫降速率由淬火初期的10.43℃/s急降至淬火后期的<0.01℃/s;而心部溫降速率緩慢減小。

3)新型Al-Zn-Mg-Cu鋁合金厚板淬火過程中，由于淬火溫度梯度引起的不均勻變形及厚板的整體性限制，淬火初期殘余應(yīng)力表現(xiàn)為外拉內(nèi)壓，淬火后期則為外壓內(nèi)拉。

4)厚板淬火后，厚板表面殘余壓應(yīng)力主要取決于沿縱向長度對稱軸上X和Y向的殘余壓應(yīng)力、沿橫向?qū)挾葘ΨQ軸上Y和Z向的殘余壓應(yīng)力、沿厚度方向?qū)ΨQ軸上X和Z向的殘余壓應(yīng)力，厚板表面較大殘余壓應(yīng)力分量約-175MPa;而厚板心部殘余拉應(yīng)力主要取決于各對稱軸上X和Z向的殘余拉應(yīng)力，且Z向的殘余拉應(yīng)力**X向，心部較大殘余拉應(yīng)力分量約為199MPa。


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  詞條說明

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