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fl_3，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7050鋁合金是在7075合金基礎(chǔ)上，通過(guò)增加zn和Cu含量、調(diào)整Cu／Mg比值并添加Zr代替cr后，開(kāi)發(fā)出的強(qiáng)度、斷裂韌性和塑基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51275414)；航空科學(xué)基金項(xiàng)目(2011ZE53059)收稿日期：2013—01—29作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)袒劬?1988一)，女，碩士在讀，主攻塑性成形工藝及模擬研究性等都較高的Al—Zn—Mg—Cu系高強(qiáng)鋁合金。7050高強(qiáng)鋁合金承載能力優(yōu)良，適合制作各類結(jié)構(gòu)件，其熱加工工藝主要有鑄造、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(guò)程中存在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(guò)程中發(fā)生斷裂與失效，為此需要對(duì)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(duì)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(shí)使鍛件中存在一定數(shù)量的位錯(cuò)滑移和攀移，因此，能夠阻礙鍛件時(shí)效后析出的第二相粒子的運(yùn)動(dòng)，提高鍛件強(qiáng)度；同時(shí)，時(shí)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(cuò)的作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，從而大大提高鍛件的強(qiáng)度。

       結(jié)合有限元軟件DEFORM一3D對(duì)7050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(shí)效處理過(guò)程對(duì)鍛件殘余應(yīng)力影響，降低7050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(duì)Al—Zn—Mg—Cu系高強(qiáng)鋁合金鍛件的更高技術(shù)要求。

1.鍛件熱處理仿真模型

1．1熱處理技術(shù)

要求選用7050高強(qiáng)鋁合金鑄坯鍛件為研究對(duì)象，其主要化學(xué)成分如表1所示。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(T7452)，制定了配套的鍛后熱處理工藝方案：固溶+人工時(shí)效：465~3~(2固溶，125℃×6h+180％~12h時(shí)效。鍛件固溶處理時(shí)水溫要求不高于35o【=，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(shí)效。同時(shí)控制固溶處理后轉(zhuǎn)入下道工序的時(shí)間間隔不超過(guò)2h。

1．2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㈣，即在DEFORM一3D軟件中直接導(dǎo)入空冷后的7050高強(qiáng)鋁合金鍛件的“．db”模型文件。固溶處理模擬時(shí)，爐溫設(shè)定為465℃，傳熱系數(shù)為0．2N／(s·mm·℃)，時(shí)間步長(zhǎng)為2s，步數(shù)為3600步。固溶后的淬火過(guò)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(guò)程中介質(zhì)溫度設(shè)定為20'：C，傳熱系數(shù)為20N／(s-mm·℃)，時(shí)問(wèn)步長(zhǎng)為0．01s，步數(shù)為3000步。鍛件固溶冷卻后迅速對(duì)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(guò)程中的鍛件開(kāi)裂現(xiàn)象。為分析冷壓縮量對(duì)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(guò)程中的壓下速度為4mm／s，時(shí)問(wèn)步長(zhǎng)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(duì)應(yīng)1％、3％和5％的冷壓縮量。

2.固溶、淬火及冷壓過(guò)程模擬

固溶處理能同時(shí)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(shí)提高材料的強(qiáng)度和硬度，但淬火會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，需要對(duì)其進(jìn)行一定量的冷壓縮變形。采用DEFORM一3D軟件模擬7050高強(qiáng)鋁合金固溶和淬火過(guò)程，并主要分析研究鍛件固溶處理和淬火過(guò)程的溫度與殘余應(yīng)力的變化規(guī)律。

2固溶、淬火及冷壓過(guò)程模擬

固溶處理能同時(shí)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(shí)提高材料的強(qiáng)度和硬度，但淬火會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，需要對(duì)其進(jìn)行一定量的冷壓縮變形。采用DEFORM一3D軟件模擬7050高強(qiáng)鋁合金固溶和淬火過(guò)程，并主要分析研究鍛件固溶處理和淬火過(guò)程的溫度與殘余應(yīng)力的變化規(guī)律。

   本文研究了7050高強(qiáng)鋁合金鍛件的熱處理過(guò)程，其中固溶過(guò)程能有效消除鍛造殘余應(yīng)力，而淬火過(guò)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(huì)在鍛件局部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。