7075铝合金预时效—温成形工艺研究

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近年来,汽车工业的快速发展加剧了石油能源的消耗以及温室效应问题。节能减排已经成为很多国家发展的重要举措,而汽车轻量化在其中起着举足轻重的地位。铝合金由于比强度高、塑性好、抗腐蚀性能好,在汽车、军工、航空航天等领域起着广泛的作用,逐步取代传统钢制材料。然而铝合金在室温下成形性较差,难以加工形状复杂的零件,大大限制了其应用。铝合金温热成形技术作为目前铝合金板材加工的新技术应运而生。温热成形技术大大提高了材料的塑性,便于加工复杂零件。然而升温会导致合金内部析出相的溶解和粗化,降低零件强度,因此需要额外的热处理工艺来弥补强度的损失,延长生产节拍,浪费资源。车身零件成形及装配后一般要进行烘烤处理,可以利用烘烤工艺使温成形过程回溶的第二相再次析出,弥补温成形对零件强度降低的影响。如果温成形前材料处于欠时效状态,经温成形及烘烤后可以有效避免材料的过时效,获得接近T6态的强度。基于此,本文提出7075铝合金预时效-温成形工艺(Pre Aging-Warm Forming,PAWF)。研究了预时效、温成形、烘烤工艺参数对7075铝合金成形性及力学性能的影响,运用有限元分析方法对成形过程加以分析。相关的研究内容如下:(1)对7075铝合金预时效-温成形工艺参数进行探索,研究不同成形温度和保温时间对材料成形及烘烤后性能的影响,分析了预时效时间对材料性能和组织的影响规律。结果表明:低温回归处理后经烘烤再时效处理后硬度恢复效果明显,欠时效4h态的铝合金在200℃加热和烘烤后,可接近于T6峰值时效状态。(2)在180-220℃、0.01-0.1s-1条件下进行了温拉伸实验,探索欠时效态7075铝合金在不同成形温度、应变速率下的流变行为。研究抗拉强度、屈服强度、应变硬化率、延伸率等在不同成形温度及应变速率下的变化规律,并最终得到了欠时效7075铝合金具有最佳成形性所对应的成形温度。预时效7075铝合金升温至200℃成形时流动应力较室温条件下降,变形抗力降低;而应变硬化率与室温条件基本一致,总延伸率和均匀延伸率增加明显。(3)为探究预时效后材料性能的稳定性,7075-T6的板材经固溶淬火后,测量了欠时效态7075铝合金在室温下分别放置1至21天的硬度变化,研究了预时效对自然时效的抑制作用。铝合金在预时效处理后可以明显抑制自然时效。(4)进行了U形件温成形实验,分别研究凸模和凹模与板料相同温度的等温成形、凸模为室温,凹模与板料等温的差温成形及凸模和凹模均为室温的模内淬火三种冷却途径对零件硬度、截面厚度的影响规律。综合材料成形性与成形后性能,得到了最佳的成形条件。采用3D扫描仪对U形件进行扫描,对不同冷却路径下温成形的U形件进行了回弹分析。通过差示扫描量热法(DSC)分析7075铝合金在不同预时效时间、温成形后以及烘烤后的第二相的溶解和析出变化规律。与等温成形和模内淬火成形相比,差温成形可以获得良好的成形性和强度的综合力学性能。(5)运用改进的FB模型来拟合欠时效态铝合金在温成形条件下的流变行为。分别进行了差温成形、等温成形、模内淬火成形热-力耦合有限元仿真模拟,研究板料在成形及保压过程的温度场、厚度、等效应力与等效应变变化规律。与等温成形和模内淬火成形相比,经差温成形的零件受到的应力值更小,厚度分布更加均匀。
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