7050铝合金蠕变时效成形本构模型研究

第15卷第7期李俞韦，等：2024铝合金孔洞缺陷搅拌摩擦点焊修复数值模拟与实验研究95Finite-Element Studies on the Effect of Tool Shape inFriction Stir Welding[J]. Journal of Engineering Manu-facture, 2010, 224(8): 1161-1173.[21] BENSON D J, OKAZAWA S. Contact in a Multi-Mater-ial Eulerian Finite Element Formulation[J]. ComputerMethods in Applied Mechanics and Engineering, 2004,193(39/40/41): 4277-4298.[22] LIU Qi-peng, LI Wen, ZHU Lei, et al. Tempera-ture-Dependent Friction Coefficient and Its Effect onModeling Friction Stir Welding for Aluminum Alloys[J].Journal of Manufacturing Processes, 2022, 84: 1054-1063.[23] ZAHMATKESH B, ENAYATI M H, KARIMZADEH F.Tribological and Microstructural Evaluation of FrictionStir Processed Al2024 Alloy[J]. Materials & Design,2010, 31(10): 4891-4896.[24] AL-BADOUR F, MERAH N, SHUAIB A, et al.Thermo-Mechanical Finite Element Model of FrictionStir Welding of Dissimilar Alloys[J]. The InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology, 2014,72(5): 607-617.[25] MISHRA R S, MA Z Y. Friction Stir Welding and Proc-essing[J]. Materials Science and Engineering: R: Re-ports, 2005, 50(1/2): 1-78. [26] 赵华夏, 董继红, 孟强. 7050高强铝合金搅拌摩擦焊典型宏观缺陷试验研究[J]. 精密成形工程, 2019, 11(6): 141-148.ZHAO Hua-xia, DONG Ji-hong, MENG Qiang. Ex-perimental Study on Typical Macroscopic Defects of 7050 High Strength Aluminum Alloy Friction Stir Welding[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2019, 11(6): 141-148.[27] 肖旋, 秦鼎强, 倪昱, 等. 铝合金薄板搭接高速FSW缺陷及断裂行为[J]. 精密成形工程, 2019, 11(6): 135- 140.XIAO Xuan, QIN Ding-qiang, NI Yu, et al. Defects ofHigh Speed Friction Stir Welding and Fracture Behaviorof Aluminum Alloy Thin Plate Lap Joints[J]. Journal ofNetshape Forming Engineering, 2019, 11(6): 135-140. [28] 邓运来, 邓舒浩, 叶凌英, 等. 焊后热处理对AA7204-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响[J].材料工程, 2020, 48(4): 131-138.DENG Yun-lai, DENG Shu-hao, YE Ling-ying, et al.Effects of Post-Weld Heat Treatment on Microstructuresand Mechanical Properties of AA7204-T4 Aluminum Alloy FSW Joint[J]. Journal of Materials Engineering, 2020, 48(4): 131-138.责任编辑：蒋红晨精 密 成 形 工 程第15卷 第7期96 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年7月收稿日期：2023–03–09 Received ：2023-03-09基金项目：航空科学基金（2020Z047056003）；江西省重点研发计划（20202BBEL53012） Fund ：Aeronautical Science Foundation of China(2020Z047056003); Key Research and Development Project of Jiangxi Province (20202BBEL53012)作者简介：徐显强（1996—），男，硕士生。

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精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 108JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-01-14 Received ：2024-01-14基金项目：国家自然科学基金（52305332）Fund ：The National Natural Science Foundation of China (52305332)引文格式：周庆珩, 肖雪莲, 黄遐, 等. 时效温度对7050铝合金屈服强度的影响与本构模型研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 108-114.ZHOU Qingheng, XIAO Xuelian, HUANG Xia, et al. Effect of Ageing Temperature on Yield Strength of Aluminium Alloy 7050 and Constitutive Modeling Investigation[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 108-114. *通信作者（Corresponding author ）时效温度对7050铝合金屈服强度的影响与本构模型研究周庆珩1，肖雪莲1，黄遐1,2，李勇1，李东升1，周文彬1*（1.北京航空航天大学，北京 100191；2.中国航空制造技术研究院，北京 100024）摘要：目的 预测不同时效条件下7050铝合金力学性能的演化规律，为多级快速时效热处理工艺提供理论基础。

方法 分别在120、160、180 ℃温度下对7050铝合金进行0~8 h 时效热处理，并进行室温单拉试验，获得相应时效条件组合的应力-应变曲线及屈服强度演化曲线，建立统一时效本构模型，模拟微观组织（沉淀半径、溶质浓度）的演化规律，根据微观组织的演化规律，模拟由析出强度与固溶强度组成的屈服强度的演化规律。

文章编号：2096 − 2983(2020)03 − 0007 − 08DOI: 10.13258/ki.nmme.2020.03.0027050超高强铝合金蠕变时效成形行为与性能研究崔振华， 刘晓艳， 王路路， 刘彦鹏， 张轩瑞（河北工程大学 材料科学与工程学院，河北 邯郸 056038）˙ε=e 12.226σ1.66exp(−120536/RT )摘要：对7050超高强铝合金进行蠕变时效处理，采用维氏硬度、晶间腐蚀和剥落腐蚀等试验对其力学性能与腐蚀行为进行研究，采用光学显微镜和透射电子显微镜对微观组织进行观察，研究蠕变时效对合金微观组织与性能的影响。

结果表明：合金的稳态蠕变速率随温度的升高和应力的增大而逐渐升高，时效温度是影响合金蠕变速率和抗腐蚀性能的主要因素。

7050超高强铝合金的稳态蠕变速率与蠕变应力和蠕变温度的关系可以表示为：。

蠕变时效处理后，合金的维氏硬度、抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀性能均得到提高。

合金在120 ℃和140 ℃下蠕变时效后，维氏硬度和抗腐蚀性能都保持在较高的水平，160 ℃下合金的维氏硬度和抗腐蚀性能均较低。

人工时效后，7050超高强铝合金中的主要强化相为大量弥散分布的η′相，蠕变时效后，晶内和晶界析出相尺寸略有减小，晶界析出相分布不连续，电化学腐蚀速率减小，合金抗腐蚀性能提高。

关键词：超高强铝合金；蠕变时效；性能；微观组织中图分类号：TG 146.2 文献标志码：AStudy on Creep Age Forming Behavior and Properties of 7050Ultra -high Strength Aluminum AlloyCUI Zhenhua ， LIU Xiaoyan ， WANG Lulu ， LIU Yanpeng ， ZHANG Xuanrui(School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China)˙ε=e 12.226σ1.66exp(−120536/RT )Abstract: The 7050 ultra-high strength aluminum alloy was subjected to creep aging treatment. Themechanical properties and corrosion behaviors were studied by some tests including Vickers-hardness,intergranular corrosion and exfoliation corrosion. The microstructures were analyzed by optical microscope and transmission electron microscope. The effects of creep aging on microstructures and properties of the alloy were studied. The results show that the steady creep rate of the alloy is increased gradually with the increase of temperature and the rise of stress. Aging temperature is the main factor affecting the creep rate and corrosion resistance of the alloy. The relationship between the steady creep rate, creep stress and creep temperature of 7050 ultra-high strength aluminum alloy can be expressed as:. After creep aging treatment, the Vickers-hardness, intergranular corrosion resistance and exfoliation corrosion resistance of the alloy are all improved. After creep aging at 120 ℃ and 140 ℃, the hardness and corrosion resistance of the alloy all keep at high level. The有 色 金 属 材 料 与 工 程第 41 卷 第 3 期NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol. 41 No. 3 2020收稿日期：2019−03−23基金项目：国家自然科学基金资助项目（51601053）；河北省科学技术研究项目（ZD2018213）作者简介：崔振华（1995—），男，硕士研究生。

7050铝合金的一种新型形变热处理工艺研究摘要：近年来，随着国家经济的快速发展，和科学技术的不断进步，促进了铝合金材料的不断发展。

目前铝合金材料在航空航天工业、车辆、建筑、桥梁、工兵装备和大型压力容器以及化学工业中得到了广泛的应用与发展，同时在日常生活中如门窗等的应用也不断扩大。

而且，随着工业方面的快速发展，对于铝合金强度的要求不断提高。

但是，近年来，对于铝合金强度的研究存在一些难题。

本文基于7050铝合金的发展现状，分析研究形变热处理对7050铝合金组织性能的影响，通过形变热处理来细化晶粒，从而提高7050铝合金的强度，使其能够满足航空航天工业和日常生活的需求，得到更多的应用与发展。

关键词：7050铝合金；新型形变热处理；晶粒细化1铝合金的发展现状铝合金材料具有密度低、焊接性能优良、硬度和比强度高、加工性能良好、耐蚀性较好和韧性较高等优点，在航空航天工业、车辆、建筑、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。

在航空航天领域，大量使用高强高韧的2xxx和7xxx铝合金。

在轨道交通领域，使用焊接性能优良的7xxx铝合金。

在一些线缆企业中，通过铝合金来取代铜芯，解决了线缆企业对金属铜的依赖。

在汽车行业中，用铝合金制备的防护栏，可以减缓腐蚀的影响，节省汽车的维修成本，提升汽车的立体感，使得汽车更加的美观。

在热交换器中，铝合金主要应用于交换器中的各个零部件，其更容易储存热量，便于进行后续的加工，从而提高了热交换器中的性能。

总而言之，铝合金在航空工业和日常生活中的应用非常广泛，占据着非常重要的地位。

但是一些行业对于铝合金的强度有些较高的要求，因此，需要提高铝合金材料的强度，从而使其得到更多的应用。

2铝合金的形变热处理铝合金材料的强化方式较多，主要有加工硬化、固溶强化、过剩相强化和析出强化等。

形变热处理是将塑性变形和热处理相结合，也就是将金属材料的形变强化、细晶强化和析出强化相结合，综合各种手段来强化金属的性能。

7050铝合金蠕变时效成形本构模型研究吕凤工;黄遐;曾元松;王永坤;万敏【摘要】To study the creep age constitutive model of 7050T451 aluminum alloy, the uniaxial creep tests were operated under different stress condition at 160℃. The changing tendency of creep strain, yield strength and microstructure with holding time were analyzed. Based on the precipitate hardening theory of high strength aluminum alloy, the constitutive equation which could describe the evolution of macroscopic and microscopic for creep age forming was established. Meanwhile, the material constants were fitted and optimized by using genetic algorithm. According to the result, the present model fits well with the experimental data under different stress levels, which can be used to simulate the process of creep age forming.%为研究7050T451铝合金蠕变时效本构模型，在160℃、不同应力条件下进行单轴拉伸蠕变试验，分析了蠕变应变、屈服强度和微观组织随时间的变化规律。

7050铝合金的异构组织
7050铝合金是一种高强度铝合金,广泛应用于航空航天领域。

它的组织和性能与热处理工艺密切相关,呈现出明显的异构特征。

1. 初始组织
7050铝合金在固溶时,合金元素如锌、铜、镁等完全固溶于铝基体中,形成单相α固溶体。

此时合金组织为单相体系,晶粒内部为过饱和固溶体。

2. 时效组织
经过固溶和淬火后,7050合金进入时效老化阶段。

在人工时效过程中,由于合金元素在铝基体中扩散能力不同,会形成一系列过渡相和平衡相。

主要有:
- GP区:由于合金元素原子团簇而形成的高度离子化区域。

- η'相:半相踪半型,是一种亚稳定相。

- η相:平衡相,为MgZn2相。

这些析出相以不同形态和分布存在于铝基体中,使合金组织形成复杂的多相异构结构。

析出相的数量、大小、分布对合金性能影响巨大。

3. 热变形组织
7050合金在高温下可发生热变形加工,如锻造、挤压等。

热变形过程中发生的动态再结晶和动态回复,使晶粒细化,同时也引入大量位错和位错结构。

因此,热变形组织呈现出细小的再结晶晶粒和大量位错
缺陷的异构特征。

7050铝合金在不同状态下都表现出明显的异构组织特征,这些组织状态直接影响了合金的力学性能和使用性能。

掌握7050合金的异构组织对于控制材料性能至关重要。

0前言由于具有质量轻、强度高等诸多优点，7050铝合金已被广泛应用于航空航天和汽车制造领域[1-4]。

迄今为止，国内外许多学者也对该合金进行了各方面的研究，在其高温变形行为和热加工性能方面，也有不少学者提出了相关的本构模型来对其进行描述。

郝爱国等[5]建立了7050铝合金的Arrhenius 本构模型，Quan 等[2]建立了挤压态7050铝合金的高温流变应力模型，李兵等[6]研究了7050铝合金热变形程度对再结晶的影响。

众所周知，合金在不同状态下表现出来的力学行为有所区别。

如图1所示，均匀化态[7]和锻态7050铝合金在450℃时，其流变应力相差较大，在实际锻造过程中，多数时候是使用锻态7050铝合金进行锻造生产的。

因此，研究锻态7050铝合金的流变应力模型具有较大的工程意义。

本文基于锻态7050铝合金的高温流变数据，建立了修正的JC 流变应力预测模型，并引入误差分析验证了该模型的预测精度，此外还对该模型进行了基于Deform-3D 的二次开发，通过数值模拟来验证模型的准确性。

图1均匀化态和锻态7050铝合金在450℃时的流变应力对比1试验与方法1.1热压缩试验本试验采用的是7050铝合金锻态棒材，其化学成分为6.5%Zn、2.3%Mg、2.0%Cu、0.15%Zr、0.15%Fe、0.12%Si、0.1%Mn，其余为Al。

将锻态7050铝合金修正JC 本构模型建立与模拟应用杨成曦，王姝俨，吴道祥（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）摘要：对锻态7050铝合金在Gleeble-3500热模拟试验机上进行温度范围为330～480℃、应变速率范围为0.01、0.1、1、10s -1的热压缩试验，并得到了对应条件下的流变应力数据。

基于该流变应力数据建立了该合金的修正JC 模型并采用该模型对流变应力进行了预测。

同时，引入相关系数（R ）和平均相对误差绝对值（AARE ）对该模型的预测精度进行评估。

大规格７０５０铝合金扁锭凝固过程中温度场和应力场的数值模拟／陶国林等・４０５・大规格７０５０铝合金扁锭凝固过程中温度场和应力场的数值模拟陶国林１’２，潘复生１，梁小平１（１重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００３０；２重庆工商大学实验实习中心，重庆４０００６７）摘要根据７０５０铝合金的传热特点，建立了热力耦合的热一弹性有限元分析模型。

对浇注过程的温度场、应力场进行了数值模拟，并获得其分布及变化情况。

关键词７０５０铝合金扁锭温度场热应力场数值模拟ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄａｎｄＴｈｅｒｍａｌＳｔｒｅｓｓＦｉｅｌｄｏｆＬａｒｇｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ７０５０ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＢｉｌｌｅｔｓｉｎＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓＴＡＯＧｕｏｌｉｎｌ”，ＰＡＮＦｕｓｈｅｎ９１，ＬＩＡＮＧＸｉａｏｐｉｎ９１（１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０；２ＴｈｅＣｅｎｔｅｒｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ７０５０ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｂｉｌｌｅｔｓ，ａｆｕｌｌｙｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｅｄｔｈｅｒｍｏ－ｅｌａｓｔｉｃＦＥＭｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｉｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ７０５０ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｂｉｌｌｅｔｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ从浇注到冷却的过程中，铸锭经历了从高温到常温的变化，由于温度变化梯度大，极易产生质量缺陷。