2124鋁合金蠕變時效行為的試驗研究與本構(gòu)建模.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，對飛機性能的要求越來越高，許多主承力構(gòu)件如飛機的接頭、大梁、隔板、翼框等廣泛采用整體化結(jié)構(gòu)設(shè)計。蠕變時效成形技術(shù)是為制備大型整體壁板類構(gòu)件而發(fā)展起來的一項新技術(shù)。目前，該技術(shù)被認(rèn)為是下一代大型飛機特別重要的金屬成形工藝之一，在我國大型軍用運輸機、大型客機等“大飛機”項目的研制中將具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 在國外，蠕變時效成形技術(shù)于二十世紀(jì)八十年代中期已用于飛機機翼壁板的生產(chǎn)中，并取得顯著的成果，

2、但在國內(nèi)至今尚未得到工程化應(yīng)用，主要原因是缺乏必要的基礎(chǔ)研究和技術(shù)儲備。航空航天應(yīng)用最多的變形鋁合金是2000系和7000系鋁合金。由于2124鋁合金具有較好的韌性和抗疲勞性能，特別適用于中溫下對強度和穩(wěn)定性有高要求的部位，故本文以2124鋁合金為研究對象，系統(tǒng)地研究了不同工藝參數(shù)下的單軸拉伸蠕變時效對合金組織性能的影響，探索了合金的蠕變機制，并建立了合金的蠕變本構(gòu)模型。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)對比分析了應(yīng)力作用

3、下的蠕變時效和無應(yīng)力作用下的常規(guī)時效對2124鋁合金組織與性能的影響，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力作用下的蠕變時效不僅加快了合金的時效進(jìn)程，縮短了合金達(dá)到峰值時效的時間，而且提高了合金的峰值強度;應(yīng)力作用下的蠕變時效，合金內(nèi)未發(fā)現(xiàn)析出相沿某一方向擇優(yōu)析出，即未觀察到明顯的應(yīng)力位向效應(yīng)，該研究工作為2124鋁合金整體壁板蠕變時效成形技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用提供了理論支撐。
　　 (2)系統(tǒng)地研究了時效溫度(185、190和195℃)、時效時間(1～12h

4、)和試驗應(yīng)力(200、225和250MPa)等工藝參數(shù)對2124鋁合金蠕變行為、組織及性能的影響。研究結(jié)果表明:
　　 ①在一定的試驗參數(shù)條件下，2124鋁合金的蠕變行為表現(xiàn)出典型蠕變曲線的第一、第二階段特征，即同時存在減速蠕變階段和恒速蠕變階段;時效溫度、時效時間和試驗應(yīng)力等工藝參數(shù)是影響2124鋁合金蠕變行為的重要因素，隨時效溫度、時效時間或試驗應(yīng)力的增加，合金的蠕變行為增強。
　　 ②在相同的時效時間和試驗應(yīng)力條件

5、下，隨時效溫度的升高，合金的性能呈現(xiàn)一定的變化趨勢。試驗應(yīng)力較低(200MPa)時，隨時效溫度的升高合金的強度先增加后減小，而延伸率逐漸下降;試驗應(yīng)力較高(225MPa、250MPa)時，隨時效溫度的升高合金的強度和延伸率逐漸下降。
　　 ③在相同的時效溫度和試驗應(yīng)力條件下，隨著時效時間的延長，2124鋁合金在蠕變時效過程中出現(xiàn)了典型的三個時效階段:欠時效階段、峰值時效階段和過時效階段，合金在時效8h的性能最好，此時合金內(nèi)的主要

6、析出強化相是S"相、S'相，繼續(xù)延長時效時間至12h，合金的性能下降，處于過時效階段，此時合金的析出相除了S"相、S'相外，還有部分粗大的S相。
　　 ④在相同的時效溫度和時效時間條件下，隨著試驗應(yīng)力的增加，合金的性能呈現(xiàn)一定的變化趨勢。時效溫度為185℃時，隨試驗應(yīng)力的增加，合金的性能先降低后提高;時效溫度為190℃和195℃時，隨試驗應(yīng)力的增加，合金的性能降低。
　　 (3)初步探討了合金的蠕變時效機制。在對合金蠕變