航空铝合金厚板制备过程内应力演变机理研究

The high-performance aluminum alloy thick plate with excellent mechanical properties and processing performance has become a key structural material for integrated-structure parts in aerospace industry. However, residual stress is inevitably introduced during the preparation processes.The lack of accurate understanding of thick plate internal residual stress and unable to control the stress effectively has been the main cause of machining deformation, which has become a development bottleneck of domestic aerospace equipment. Therefore, this project is focused on researching the evolution mechanism of internal stress in thick plate forming and heat treatment processes. To research the evolution mechanism of microstucture of the thick plate during the rolling process, explore the influence of rolling parameters on properties distribution of the thick plate, and establish a prediction model of property parameters of thick plate. On the base of obtained mechanical property parameters, a simulation model of the "solution hardening-pre-stretching-aging processes” will be built and the evolution mechanism of internal stress in aluminum alloy thick plate during the preparation processes will be studied combining with multiple experimental methods. The achievement can be a theoretical guidance for residual stress control for high performance aluminum alloy thick plate.

高强高韧系列的高性能铝合金厚板具有优良的力学性能和加工性能，作为整体结构件坯料已成为航空航天领域不可缺少的关键性结构材料。然而，铝合金厚板在制备过程中不可避免地产生了残余应力，而目前缺乏对厚板内部残余应力状态的准确把握，无法有效调控厚板残余应力，由此引起的加工变形问题已经成为制约我国航空航天领域发展的瓶颈。因此，本项目拟从铝合金厚板成形和热处理全过程系统地研究厚板制备过程中内应力的形成与演变机理：研究铝厚板轧制过程中微观组织结构的演变规律，探究轧制工艺对厚板性能及其分布的影响，建立厚板性能参数预测模型；在获得材料性能参数的基础上，建立厚板“固溶淬火-预拉伸-时效过程”内应力分析仿真模型，结合多种实验手段，探索厚板制备过程中内应力的产生与演变规律。研究成果可为航空级高性能铝合金厚板的残余应力调控提供理论指导。

高强高韧系列的高性能铝合金厚板具有优良的力学性能和加工性能，作为整体结构件坯料已成为航空航天领域不可缺少的关键性结构材料。然而，对铝合金厚板内部残余应力分布状态和演变规律认识的欠缺，导致其应力调控效果有限，严重制约我国航空航天事业的发展。本项目结合铝合金厚板成形和热处理工艺，系统地研究厚板制备过程中的内应力形成与演变机理：研究铝厚板轧制过程中微观组织结构的演变规律，探究轧制工艺对厚板性能及其分布的影响，建立厚板性能参数预测模型；建立厚板“固溶淬火-预拉伸-时效”过程内应力分析模型，结合实验研究，探索厚板制备过程中内应力的产生与演变规律。.三年来，取得的主要成果有：（1）掌握了轧制参数对铝合金厚板晶粒尺寸的影响，获得了轧板性能参数沿厚度方向的分布规律，建立了轧板材料屈服强度的预测模型；（2）建立了铝合金厚板淬火应力分析模型，重点研究了大规格铝合金厚板的喷淋淬火过程，分析了移动速度和非对称因素对铝厚板残余应力的影响；（3）建立了铝合金厚板预拉伸应力分析模型，探索了拉伸率和拉伸速度对预拉伸消减应力效果的影响，分析了大规格铝合金厚板多夹钳拉伸过程中夹钳数量、夹钳打滑等对预拉伸板残余应力的影响；（4）综合多种研究手段，研究了铝合金厚板的淬火残余应力和预拉伸后的残余应力，总结了预拉伸率对厚板残余应力的消减效果；（5）实验研究了时效制度对铝合金厚板残余应力的消减规律。研究成果可为航空级高性能铝合金厚板的残余应力调控提供理论指导。项目发表学术论文16篇，其中，SCI收录11篇，EI收录1篇，CSCD收录4篇。