弯曲半径和时效制度对7475铝合金蠕变时效成形的影响

0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 8 16 24 32 40 48Байду номын сангаас
其中 η = 0 代表没有回弹，η = 1 代表板材完全回弹。 图 3 所示为试样分别在 150℃/8 h 和 170℃/8 h 的 时效制度下，回弹量与弯曲半径的关系。从图中可以 看出，成形板材的回弹量随着弯曲半径的增大而增 加。 在 150℃/8 h 的时效制度下， 弯曲半径为 1500 mm 时的回弹量为 85.6%， 而弯曲半径为 1000 mm 时则降 低至 76.8%。在试样的弯曲半径相同的情况下，时效 温度的升高可以较明显地减小回弹。例如在试样弯曲 半径为 1000 mm 的情况下，经 170℃/8 h 时效后的试 样回弹量为 65.8%， 相比于 150℃/8 h 时效后的试样降 低了 14.3%。 图 4 所示为试样在 1000 mm 弯曲半径时， 回弹量与不同时效制度的关系，可见回弹量随着时效 时间的延长而逐渐降低。图 5 所示为试样在 1000 mm
Material Sciences 材料科学, 2013, 3, 103-109 /10.12677/ms.2013.33020 Published Online May 2013 (/journal/ms.html)
Effects of Bending Radius and Ageing Conditions on the Creep Age Forming of 7475 Aluminum Alloy*
Received: Mar. 1st, 2013; revised: Mar. 4th, 2013; accepted: Apr. 5th, 2013 Copyright © 2013 Yunlai Deng et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Die surface
Zn 5.73 Mg 2.32 Cu 1.27 Fe 0.2 Si 0.10 Cr 0.20 Ti 0.12 Other 0.05 Al Bal
Figure 1. Four points bending apparatus 图 1. 四点弯曲实验装置
Initial plate surface P P0 O Plate surface after springback
Yunlai Deng1,2, Xuchu Long1,2#, Yu Jiang 3, Jin Zhang1,2
2 1 School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha Key Laboratory of Nonferrous Materials Science and Engineering, Ministry of Education, Changsha 3 Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai Email: luckdeng@, #rickxuchulong@
收稿日期：2013 年 3 月 1 日；修回日期：2013 年 3 月 4 日；录用日期：2013 年 4 月 5 日
摘
要：基于单曲率弯曲蠕变成形装置，针对 7475 铝合金板材进行了一系列蠕变时效成形实验，测得了不同时
效制度和弯曲半径下的回弹量。采用电导率、维氏硬度、金相显微镜、透射电子显微镜和室温拉伸等手段分析 了蠕变时效试样的性能与微观组织，并与人工时效试样进行了对比分析。结果表明：回弹量随着弯曲半径的减 小、时效时间的延长和时效温度的升高而降低；弯曲蠕变时效试样比人工时效试样具有较高的屈服强度和抗拉 强度， 延伸率则相反； 随着弯曲半径的增大， 屈服强度和抗拉强度均呈现出先增后减的规律， 在弯曲半径为 1200 mm 附近存在峰值；弯曲蠕变时效后试样的晶粒尺寸和形状与人工时效试样无明显区别，其析出相则比人工时 效试样更为细小和致密。
[9,10]
试样采用 470℃/1 h 进行固溶处理，盐浴炉加热 (误差为±l℃)，水淬。淬火后立即将试样放入弯曲蠕 变装置中，如图 1 所示，快速加载到设定的曲率半径 后，进行蠕变时效成形实验。其中曲率半径分别选为 1000 mm、1200 mm 和 1500 mm，连同实验装置放置 于时效炉内在 150℃和 170℃两种温度下分别保温 8 h、16 h、32 h、64 h，在蠕变时效成形的同时还需放 置几块平直板材进行人工时效作为对比实验，人工时 效试样可直接放置于弯曲蠕变实验装置上。时效结束 后， 采用小负荷维氏硬度计 HV-10B 测试试样的硬度， 测试载荷为 3 kg，加载时间为 15 s；采用 D60K 型数 字涡流电导率测量仪测量试样的面电导率；沿板材轧 制方向用线切割加工室温拉伸试样(标距 50 mm)，蠕 变试样在进行室温拉伸实验前需要将试样在水磨机 上磨平至平直状态， 然后与人工时效试样在 CSS44100 电子拉伸实验机上进行室温力学性能测试； 采用 XJP6A 型金相显微镜对时效后的样品进行金相组织观察， 金相试样通过机械抛光后采用 Keller 试剂进行腐蚀； 采用 TECNAIG220 型透射电子显微镜对减薄后的样 品(电解液为硝酸和甲醇的混合溶液， 其体积比为 1:3) 进行微观组织观察。
Abstract: Based on the single curvature bending creep forming device, a series of creep age forming tests of 7475 aluminum alloy sheets were conducted. The springback of formed samples with different ageing conditions or bending radiuses were measured. Then the properties and microstructures of the creep ageing formed samples were studied by electric conductivity tests, Vickers hardness tests, optical microscopy tests, transmission electron microscopy tests and tensile tests, respectively. And the results were compared with the artificial aged samples. The results show that the springback decreases with the decreasing bending radius, the increasing temperature and ageing time. The yield strength and the tensile strength of the bending creep ageing formed samples are higher than the artificial aged samples, but the elongation is the opposite. As the increasing of the bending radius, both the yield strength and the tensile strength increase first and then decrease, and the peak value appears near the bending radius of 1200 mm. No clear difference exists in the size and shape of grains between the creep aged samples and the artificial aged samples, the size and the particle spacing of the precipitates of creep aged samples are smaller than the artificial aged samples. Keywords: Single Curvature Bending; Creep Age Forming; Springback; 7475 Aluminum Alloy
弯曲半径和时效制度对 7475 铝合金蠕变时效成形的影响*
邓运来 1,2，龙旭初 1,2#，蒋 裕 3，张
2
劲 1,2
1 中南大学材料科学与工程学院，长沙 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，长沙 3 上海飞机设计研究院，上海 Email: luckdeng@, #rickxuchulong@
* #
基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2010CB731700)。 通讯作者。
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弯曲半径和时效制度对 7475 铝合金蠕变时效成形的影响
关键词：单曲率弯曲；蠕变时效成形；回弹；7475 铝合金
1. 引言
蠕变时效成形(Creep Age Forming，CAF)是一种 新型的整体壁板成形技术，可应用于双曲率大规格飞 由于其成形应力通常 机壁板类构件的高性能制造[1-5]， 低于屈服应力，构件成形后残余应力小，使得构件成 形时不会发生失稳、破裂，在成形的过程中可实现析 出相强化，但构件在卸载后的回弹量却很难预测[2]， 如何在达到材料性能要求的同时实现回弹的控制和 准确预测，成为了该项技术应用于实际生产时需要解 决的关键问题。国内外已针对这个问题开展了大量的 研究工作，迄今为止，主要的方法是通过等温恒定应 力蠕变试验积累蠕变曲线，建立蠕变时效本构关系， 以此为基础进行有限元模拟，因此，其有效性需要大 量的 CAF 试验进行验证[6]。由于实际 CAF 过程中应 力变化情况比等温恒定应力蠕变试验复杂，且还需要 考虑保证性能的温度–时间“窗口” ，因此，必须深 入研究蠕变时效过程中材料微观结构与宏观物理性 能的演变规律及二者间的联系[7,8]。 7475 及其相似成分的高强铝合金 ( 如我国牌号 7B04)经常被用来制造飞机的高强度壁板类构件，关 于该合金蠕变时效的基本规律虽有报道
Figure 2. Definition of a springback 图 2. 回弹定义
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弯曲半径和时效制度对 7475 铝合金蠕变时效成形的影响
小[11]，按照下式定义回弹量：
0.18 0.16
OP0 OP
(1)
Creep strain/ %
3. 弯曲蠕变的回弹规律
回弹的定义如图 2 所示，为定量地表征回弹的大
2. 实验方法
本实验材料为 5 mm 厚 7475 铝合金热轧板， 沿轧 制方向切取试样尺寸为 280 mm × 32 mm × 5 mm，其 化学成分如表 1 所示。
Table 1. Chemical composition of 7475 Al alloy (mass fraction/%) 表1. 7475铝合金的化学成分(质量分数/%)
由于实际caf过程中应力变化情况比等温恒定应力蠕变试验复杂且还需要考虑保证性能的温度时间窗口因此必须深入研究蠕变时效过程中材料微观结构与宏观物理性能的演变规律及二者间的联系787475及其相似成分的高强铝合金如我国牌号7b04经常被用来制造飞机的高强度壁板类构件关于该合金蠕变时效的基本规律虽有报道910但对其蠕变时效过程中材料微观结构与宏观物理性能及二者间联系的机理研究还少见报道在一定程度上限制了该类铝合金构件蠕变时效成形方法的发展和应用
，但对其
蠕变时效过程中材料微观结构与宏观物理性能及二 者间联系的机理研究还少见报道，在一定程度上限制 了该类铝合金构件蠕变时效成形方法的发展和应用。 本文采用四点弯曲实验装置，针对 7475 铝合金板材 进行弯曲蠕变时效成形实验，研究了弯曲半径与时效 制度对板材回弹的影响，以及材料性能与微观结构的 演变规律，为该合金构件 CAF 制造的形性协同控制 提供了依据。