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高強(qiáng)鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天及民用512業(yè)，是航空航天工業(yè)的主要結(jié)構(gòu)材料之一，具有重要的戰(zhàn)略地位。其中A1一Zn—Mg—Cu系高強(qiáng)鋁合金是目前高強(qiáng)鋁合金中綜合性能最好、研究最充分、應(yīng)用最廣泛的合金材料之一。所研究的6061鋁合金是在6061合金基礎(chǔ)上，通過增加zn和Cu含量、調(diào)整Cu／Mg比值并添加Zr代替cr后，開發(fā)出的強(qiáng)度、斷裂韌性和塑性等都較高的Al—Zn—Mg—Cu系高強(qiáng)鋁合金。6061高強(qiáng)鋁合金承載能力優(yōu)良，適合制作各類鍛件，其熱加工工藝主要有鍛造、擠壓、軋制和鍛造等]，而鍛造工藝得到的結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度最大、斷裂韌性最高，更適合用于航空航天等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。但是，坯料在鍛造過程中存在位錯運(yùn)動劇烈并大量塞積的現(xiàn)象，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，而且，未經(jīng)熱處理鍛件中存在大量的第二相顆粒，嚴(yán)重降低了鍛件的塑性和韌性，并有可能使鍛件在使用過程中發(fā)生斷裂與失效，為此需要對鍛件進(jìn)行合理的熱處理。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，固溶處理能將絕大部分非平衡結(jié)晶相固溶，并消除第二相顆粒對鍛件韌性和后續(xù)加工性能的影響；固溶后的冷壓變形能消除淬火導(dǎo)致的殘余應(yīng)力，同時使鍛件中存在一定數(shù)量的位錯滑移和攀移，因此，能夠阻礙鍛件時效后析出的第二相粒子的運(yùn)動，提高鍛件強(qiáng)度；同時，時效處理能析出大量的彌散粒子，這些細(xì)小的粒子能起到釘扎位錯的作用，使位錯運(yùn)動受阻，從而大大提高鍛件的強(qiáng)度。
    本文對6061高強(qiáng)鋁合金的鍛后熱處理工藝進(jìn)行模擬分析。研究固溶、冷壓和時效處理過程對鍛件殘余應(yīng)力影響，降低6061高強(qiáng)鋁合金鍛件的殘余應(yīng)力，提高其強(qiáng)度和韌性，滿足航空航天工業(yè)對Al—Zn—Mg—Cu系高強(qiáng)鋁合金鍛件的更高技術(shù)要求。
1.熱處理技術(shù)要求
    選用6061高強(qiáng)鋁合金鑄坯鍛件為研究對象，鍛件尺寸為290mm~290mm~465mm，依據(jù)鍛件厚度方向的尺寸和熱處理技術(shù)規(guī)范要求(T74 52)，制定了配套的鍛后熱處理工藝方案：固溶+人工時效：465~3~2固溶，125℃×6h+180％~12 h時效。鍛件固溶處理時水溫要求不高于35°C，且鍛件固溶處理后冷壓縮1％～5％／g~形以消除殘余應(yīng)力，然后人工時效。同時控制固溶處理后轉(zhuǎn)入下道工序的時間間隔不超過2h。
2.有限元分析模型
    鍛后空冷方式能夠有效降低鍛件的殘余應(yīng)力，因此選擇空冷后的鍛件數(shù)值模型作為本文熱處理分析的有限元模型，即在DEFORM一3D軟件中直接導(dǎo)入空冷后的70 50高強(qiáng)鋁合金鍛件的“．db”模型文件。固溶處理模擬時，爐溫設(shè)定為4 65℃，傳熱系數(shù)為0．2N／(s·m m·℃)，時間步長為2s，步數(shù)為3600步。固溶后的淬火過程工件模型直接取自固溶后的“．db”文件，從而保證了殘余應(yīng)力的遺傳性。淬火過程中介質(zhì)溫度設(shè)定為20'：C，傳熱系數(shù)為20N／(s-m m·℃)，時問步長為0．01s，步數(shù)為3000步。鍛件固溶冷卻后迅速對其進(jìn)行1％～5％的冷壓縮變形，以有效改善鍛件的殘余應(yīng)力，并防止隨后熱處理過程中的鍛件開裂現(xiàn)象。為分析冷壓縮量對鍛件殘余應(yīng)力的分布影響，分別按照1％、3％和5％的冷壓縮量進(jìn)行了有限元模擬，冷壓縮工件模型直接取自鍛件淬火后的“．db”文件。冷壓過程中的壓下速度為4 m m／s，時問步長為0．1s，步數(shù)為60步，最大壓縮量為5％，因此12步、36步和60步分別對應(yīng)1％、3％和5％的冷壓縮量。固溶處理能同時提高材料的強(qiáng)度、塑性和韌性并消除殘余應(yīng)力，固溶后淬火能保留固溶組織，同時提高材料的強(qiáng)度和硬度，但淬火會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，需要對其進(jìn)行一定量的冷壓縮變形。采用DEFORM一3D軟件模擬6061高強(qiáng)鋁合金固溶和淬火過程，并主要分析研究鍛件固溶處理和淬火過程的溫度與殘余應(yīng)力的變化規(guī)律。在3900s處鍛件中心區(qū)域溫度達(dá)到465°C，此時鍛件全部熱透，余下時間為保溫固溶時間，6061高強(qiáng)鋁合金鍛件在上述熱處理過程中，粗大的第二相顆粒發(fā)生了固溶，因此強(qiáng)度、塑性和韌性都有所提高6061高鋁合金鍛件在固溶處理后應(yīng)當(dāng)迅速淬火，以保留其固溶組織，防止晶粒長大，提高材料強(qiáng)度和硬度.

  本文研究了6061高強(qiáng)鋁合金鍛件的熱處理過程，其中固溶過程能有效消除鍛造殘余應(yīng)力，而淬火過程使鍛件表面殘留有較大的拉應(yīng)力，這是由于較大的鍛件內(nèi)外溫差造成的，x~I：Lz種冷壓縮量變形量發(fā)現(xiàn)，1％的壓縮量能有效減小鍛件表面的拉應(yīng)力，并使鍛件殘余應(yīng)力整體較小；3％的壓縮量不但能消除鍛件表面的拉應(yīng)力，還能使鍛件殘留有有益的壓應(yīng)力；5％的壓縮量雖然消除了鍛件表面的拉應(yīng)力，但由于摩擦等效應(yīng)又會在鍛件局部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。