鋁合金的時效成形技術
當代航空工業(yè)中，**的時效成形技術已經成功地應用于鋁合金壁板類零件的制造，特別適合制造飛機的機翼。時效成形技術已有大量的研究和探討。本文介紹了鋁合金的**時效成形技術。詳細地闡述了鋁合金時效成形的基本理論、工裝和設備和工藝。概括了國內外研究時效成形工藝、鋁合金時效成形后組織性能及相關時效成形鋁合金的開發(fā)現狀。提出了鋁合金時效成形的一些未來發(fā)展的方向。
在當代飛機制造工業(yè)中，整體壁板的廣泛運用可以有效地減輕飛機的重量，還具有工裝效率高、型面靈活易于優(yōu)化設計、密封性好等突出優(yōu)點，已經越來越受到當代航空工業(yè)所青睞。但是大型整體壁板結構復雜，不僅擁有厚的蒙皮、較高的加強筋，而且大型壁板呈現出整體集成度高、結構網格化等特點導致了整體壁板難于制造。傳統(tǒng)的整體壁板制造技術主要是增量壓彎冷成形。該技術利用專用壓力機構驅動壓頭在整體壁板表面沿著一定的軌跡進行局部塑性變形，通過逐次的變形累積使得整個壁板表面變形至所需要的曲率。由于該成形技術為局部塑性變形會導致工件表面殘余應力高，局部萌生微裂紋，合金內組織變化不均勻，此外該成形技術生產效率低下。為此，歐美等發(fā)達國家研發(fā)出一種**的整體壁板制造技術—時效成形技術。
該整體壁板成形技術將合金的塑性成形與人工時效相結合，利用鋁合金在應力場和溫度場共同作用下的蠕變行為來獲得滿足形狀并保持良好的組織和性能。實踐證明，時效成形技術較傳統(tǒng)的壁板制造技術具有工裝模具簡單、成形精度高和成形質量穩(wěn)定等優(yōu)點，適用于尺寸大，曲率半徑大的壁板類零件的制造，又適用于鋁合金等薄板零件的校形制造。特別是對于橫截面不均勻的大尺度機翼壁板，時效成形是一種方便經濟的制造方法。
由于時效成形對制造整體壁板的**性，西方航空工業(yè)發(fā)達國家很早就針對時效成形技術開展了相關研究，并已應用于一些飛機的整體壁板的加工制造。如B-1B 飛機的上下蒙皮、空中客車公司的AirbusA330 /A340、Airbus A380 等飛機的下翼面整體壁板的制造。甚至歐盟還特意設立了“時效成形”的跨國聯合研究項目，希望拓展該成形技術的運用范圍并研發(fā)適合時效成形的鋁合金。但是，目前我國對時效成形具體的變形機制尚未明確，也沒有掌握成形過程中應力場和溫度場對合金組織和性能的影響關系，在基礎工藝試驗方面也缺少系統(tǒng)的研究。
1、時效成形機理
時效成形是一個耦合了應力松弛、蠕變和時效強化的復雜過程。其中時效成形過程中主要發(fā)生的是由蠕變引起的應力松弛，將零件內的彈性應變逐漸轉化為永久的塑性應變。
實際生產中工件加工成形后不可避免地會發(fā)生回彈。而由于時效成形是一種應力松弛變形，其變形量小，那么時效成形加工結束后工件的回彈是制約工件成形精度的關鍵因素。回彈現象是由于工件的外加載荷被移除后，工件通過回復使得工件內原先的彈性應變消失，這將導致工件在卸載過程中發(fā)生附加變形。回彈也是材料尋求內應力相互平衡的過程。當彈性恢復過程結束時，工件內部應力達到相互平衡，此刻工件內的剩余應力即為殘余應力。殘余應力對工件的服役性能有著顯著的影響，主要表現在工件的疲勞和腐蝕性能上。
時效成形中另一部分主要行為就是鋁合金在變形過程中同時發(fā)生的沉淀析出強化。鋁合金沉淀析出是指合金的飽和固溶體在一定溫度下保溫一段時間后，合金中的固溶原子沉淀析出，改變了合金的顯微組織，因此可以提高合金的強度。通過改變鋁合金的固溶淬火和時效制度的辦法，從而改變析出相的密度，大小和分布狀態(tài)，這樣就可以控制鋁合金的時效強化效果，獲得**的綜合性能。
2、時效成形的未來發(fā)展
時效成形技術是一種很有工程應用價值的新技術，已經開始在工業(yè)生產中進行應用和推廣。但是在時效成形過程中具體的時效成形機理還沒有統(tǒng)一的認識，應力松弛的回彈不能精確控制。此外，該技術過程中各個實驗因素如時效溫度、保溫時間等對時效過程的影響，成形質量不穩(wěn)定等問題都制約著該技術的發(fā)展。未來鋁合金的時效成形更加注重工件的成形精度和合金性能。這就對時效成形工藝提出更高的要求，真正達到控形和控性的要求。綜上所述，鋁合金時效成形未來發(fā)展需要突破的關鍵技術主要集中在以下幾點:
1) 時效成形形變曲率柔性模具設計；
2) 時效成形過程的數學模擬，精確預測回彈，實現鋁合金工件的精確成形；
3) 非等溫時效成形工藝，實現成形后鋁合金組織的控制和性能的提高；
4) 開發(fā)新型的適合時效成形的鋁合金。
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