金属热处理：胀形对2219铝合金环形件淬火残余应力的影响
2022-02-10【作 者】李俊衡;吴运新;龚海
【前 言】
高强变形铝合金有许多性能优点，目前被广泛应用于航空航天及军事领域。2219铝合金是AI-Cu-Mn系可热处理强化铝合金，具有比强度高、耐热、焊接性能好、断裂韧性高等特点，尤其是其T8热处理态具有很高的抗应力腐蚀开裂性能，被广泛用于航空航天结构件。该合金通常需要固溶-淬火处理以提高力学性能，但淬火会产生较大的淬火残余应力，对零部件后续加工产生影响。实际上，环形件作为航空发动机匣类锻件，其在成形及热处理过程中均会在材料内部产生一定的残余应力，并在各工步逐步积累，最终残留在成品零件中。
已有研究表明，毛坯锻件初始残余应力的释放和重新分布是零件加工和使用过程中变形的重要原因之一。近年来，许多研究者对铝合金构件的残余应力问题进行了大量理论与试验研究，但主要是针对铝合金厚板粹火工艺及泽火残余应力形成机制以及拉伸法消减铝合金厚板淬火残余应力等方面，而针对环形件淬火残余应力及消减方法的研究较少。为此，本文以2219铝合金环形件为研究对象，对其淬火过程和胀形过程进行数值模拟，研究环形件落火残余应力分布规律，并分析胀形对环形件淬火残余应力的消减规律，以便为高性能铝合金环形件的研发及环形件胀形工艺参数的选择提供参考。
【结 论】
1、建立了2219铝合金环形件淬火有限元模型，研究了环形件淬火后和后续胀形后的残余应力分布。淬火后环件的径向应力在上下端面呈现压应力，在-106MPa左右，在芯部应力值较小；周向应力和轴向应力均呈现外部压应力、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%范围内时，环件的残余应力均随胀形量的增大而减小。
2、周向应力和轴向应力的消减率均随胀形量的增大而增大，并趋于一个定值。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。
3、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。
4、当胀形量>2%时，周向应力和轴向应力的平均消减率>80%，环件粹火残余应力得到很好的消减。
以下是正文：
