7050铝合金蠕变时效成形本构模型研究

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7050航空铝合金“单因素”本构模型参数与温度相关性研究

收稿日期 : 2006 2 08 2 03; 修订日期 : 2006 2 11 2 29 基金项目 : 国家自然科学基金重点项目 ( 50 435 020 ) 作者简介 : 杨勇 (197 6— ) , 男 , 博士研究生 , 从事先进制造技术 , CAD /CA E /CAM 研究 , ( E 2 m ail) yy2 532 00 @ zju. ed u .
高强高韧的高性能铝合金是现代航空、航天、武器装备发展必不可少的关键材料 , 其中 7050铝合金厚板是一种用量较大 , 加工技术高度集中的关键性结构材料。航空工业中大量的整体结构件 , 如隔框、接头等就是由这种铝合金材料经过切削加工制成的。但是由这类铝合金生产的航空整体结构件形状复杂 ,尺寸较大 ,数控加工后 , 极易引起变形甚至报废 ,经济损失巨大。为了从根本上提高大型整体结构件的加工精度 , 必须进行数控铣削加工变形产生机理的理论研究。有限元分析是研究金属切削过程及其机理的有效方法 , 进行切削加工有限元分析的重要前提是建立正确的材料本构模型 [1 ] 。目前材料本构模型包括含有应变、应变率、温度等物理量的 “ 多因素 ” 模型以及含有其中一个物理量的“ 单因素” 模型 , 但是在现有的实验方法和实验条件下建立“ 多因素 ” 材料本构模型是非常困难的 [ 2 ] 。大量研究指出 , 在有限元模拟中采用含有一个物理量的 “ 单因素 ” 材料本构模型时 , 模拟结果也能够对切削过程的理解提供极有价值的数据 [ 3 ] 。因此为模拟方便及反映材料真实的动态力学性能 , 在金属切削过程模拟中常采用适合高应变率情况的“ 单因素 ”
第 27 卷第 4 期
2007 年 8 月

蠕变时效对7050铝合金板材组织与性能的影响

预拉伸加速了过时效过程，促使析出相粗大，降低力学性能。文献［２１］１，３报道了预拉伸
７７０５铝合金板材在２０３０ａ加载条件下，用４～２ＭＰ采Ｔ６的温度与时间进行ＣＡ处理的有限元本构模型，可用于分析蠕变时效过程中的应力和应变分布，而预进
推特性，有待深入研究。此外，文献ＥＯｌ，４还从ｌ，ｌｌ，１］５中还可以看出，Ｔ７５处理后的７０对４１Ｂ４合金与淬火态的７７合金进行比较，Ｃ４５在Ａ处理过程中析出相
７ＸＸ铝合金的蠕变时效（ｒｅｉｇＡ）ＸＣｅｐＡｇｎ，Ｃ已引起国内外的关注。文献ＦＯ１］道了预拉伸７７ｌ，１报４５铝合金板材蠕变时效的微结构与力学性能，现在发２５ａ４ＭＰ应力条件下，采用接近于７７一７４５Ｔ３的温度与
蠕变时效对７５００铝合金板材组织与性能的影响
７１
蠕变时效对７５００铝合金板材组织与性能的影响
ＭｉｒｔｕｔｅｎｄＰｒｐｅｔｅｆ７５１ｍｉｕｍｃｏｓｒｃｕｒｓａｏｒｉｓｏ００ＡｕｎＡｌｏｙＳｈｅｔＤｕｒｎｇＣｒｅｇｎｇｌｅｉｅｐＡｉ
ｃｅｐａｉｇｇｎｒｔｓｃｒｅｇｎｅｅａｅｏｎｔｎｕｓｙｄｅｏｍａｉｉｏｕｌｆｒｔｏｎ，ｗｈｃｏｖｄｓａｌｒｍｏｎｔｏｉｈｐｒｉｅａｇｅａｕｆｎｕｃｅｔｏｉｔｌａｉｎｐｏｎｓｆｈｅｐｒｃｐｔｔｏｎｏｈ７ｏｒｔｅｉｉａｉｆｔｅＴｐａｔｃｅ．Ｔｈｅｓｚｆｔ７ｒｉｌｓｉｅｏｈｅＴｐａｔｃｅｓｓａｌｒｔａｈｔｏｈｅａｔｆｃａｒｉｌｓｉｍｌｅｈｎｔａｆｔｒｉｉｉｌａｎｇｉｇ．Ｅｓｅｉｌｙ，ｔｒｃｐｉａｉｎｆｅｏｓｎａｒｗｅｈａｔｔｏｈｒｉｉｉｌａｉｐｃａｌｈｅｐｅｉｔｔｏｒｅｚｎｅｉｒｏｒｔｎｈａｆｔｅａｔｆｃａｇｎｇ，ａｒｉｎｄｇａｎｂｎｄｒｅｉｉａｅｒｓｏｉｏｕ．Ｔｈｅｔｎｓｌｔｅｔｎｄｔｅｉｔｎｃｏｅｆｌａｉｏｒｏｕａｙｐｒｃｐｔｔｓａｅｄｉｃｎｔｎｕｓｅｉｅｓｒｎｇｈａｈｅｒｓｓａｅｔｘｏｉｔｏｎｃｒｏ— ｓｏｆｔｒｅｇｎｇｓｍｐｌｓａｅｂｔｅｈｈｏｓｆｔｒｉｉｉｌａｉ．ｉｎｏｈｅｃｅｐａｉａｅｒｅｔｒｔａｎｔｅｏｈｅａｔｆｃａｇｎｇＫｅｒｓ：００Ａ１ａｌｙ；ｒｅｇｉｇ；ｉｒｓｒｃｕｅ；ｅｈａｉａｏｅｔｅｏｌａｉｎｃｒｏｓｏｙｗｏｄ７５ｌｏｃｅｐａｎｍｃｏｔｕｔｒｍｃｎｃｌｐｒｐｒｙ；ｘｆｉｔｏｏｒｉｎ

7050铝合金热变形和动态再结晶行为的实验研究和数值模拟

A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Master’s Degree of Engineering
By Jia Yaojun Supervised by Prof. Zhou Jie Specialty： ME(Material Engineering Field )
III
重庆大学硕士学位论文
based on the data from hot compression test experiment. The results show that dynamic recrystallization takes place when 7050 aluminum alloy was deformed under the all deformation conditions mentioned above. ③ With the help of the flow stress constitutive equation and dynamic recrystallization model have been established, hot compression process was simulated based on DEFORM-3D by applying finite element methold. The results prove that the distributions of dynamic recrystallization volume fraction and grain size are uneven under the influence of uneven deformation. Dynamic recrystallization is complete and grain size is smaller in central large deformation zone ,while in marginal hard deformation zone dynamic recrystallization is more difficult to occur and the grain size is bigger,in free deformation zone dynamical recrystallization is halfway, the grains are mischcrystal and their size range between the center and marginal.In addition, the evolution rule of dynamic recrystallization during the forming process of 7050 aluminum alloy forgings are also researched. Keywords：7050-H112 Aluminum Alloy, Flow Stress, Constitutive Equation,Dynamic Recrystallization, Finite Element Simulation

7050铝合金高强高韧低SCC敏感性时效工艺与机理研究

６５ａ第二峰位，０，分别为５０ａ６０ａ２ＭＰ；ｏｒ２９ＭＰ，４ＭＰ。第二峰位断裂韧度较好，Ｉ３．ＭＰｍＳＲ性能得到Ｋｃ９５ａ・ “ ，Ｃ为
很大改善，界应力强度因子Ｋ为１．２ＭＰｍ。微观组织分析表明：金双峰状态下晶内及晶界组织都存临２７ａ・合
７× ××系铝合金是应航空航天发展需要而开发出来的一类新型高强度铝合金，具有密度低、比强度高、易加工成型等诸多优点¨“ 。但这类合金对ＳＣ十分敏感，长期的使用过程中容易造成腐蚀Ｃ在裂纹的扩展，由于在应力腐蚀过程中，材料构件断裂前没有明显的预兆，因此存在严重的安全隐患 ’ 。随着生产技术的发展，业化要求越来越高，何拥工如有获得高强度、韧度及高耐腐蚀性成为７× × × 高系铝合金作为结构材料急需解决的问题。为了解决
在极大差异，一峰基体组织为高密度Ｇ第Ｐ区，晶界为连续带状１相，二峰基体组织以相为主，界为断续离１第晶
散的粗大１相。１
关键词：００铝合金；时间时效；度；７５长强断裂韧度；力腐蚀开裂应
较好的耐腐蚀性能，三级时效兼顾了力学性能和耐腐蚀性能，是强度仍然下降了５～％但％７。本工作系统地研究了长时间时效条件下７５００铝合金的常规力学性能变化规律以及应力腐蚀开裂行为，在此基础进一步分析了晶界偏析与ＳＣ敏感Ｃ

7050铝合金时效成形工艺及力学性能研究

III
万方数据
南昌航空大学硕士学位论文
目录
目录
摘要..................................................................................................................................I Abstract............................................................................................................................II 第一章绪论 ............................................................................................................... 1 1.1 研究背景与意义.............................................................................................. 1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 整体壁板成形方法比较 ................................................................................... 2 国内外时效成形研究....................................................................................... 2 时效成形技术当前研发趋势 ............................................................................ 6 时效成形在航空工业的应用 ............................................................................ 6 课题来源及研究内容....................................................................................... 7

7050_铝合金蠕变本构模型及其泛化能力研究

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。

大变形量冷变形时效7050铝合金强化机理研究

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时效温度对7050_铝合金屈服强度的影响与本构模型研究

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。

7050超高强铝合金蠕变时效成形行为与性能研究

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铝合金热压缩本构方程

性问题，调整了晶粒尺寸，使其具有更高的强度、断裂韧性以及抗应力腐蚀性能Ｊ，广泛应用在飞
《大型铸锻件》
ＨＥＡＶＹＣＡｓｒ ⅡＮＧＡＮＤＦＯＲＧＩＮＧ
Ｎｏ．６Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２０１６
试验研究尊
７０５０铝合金热压缩本构方程
沈文涛张鹏高蕾孙丙金
（中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，四川６１８０００）
ｓｔｒａｉｎｒａｔｅｏｆ０．０１ｓ～一３ｓ～ａｎｄｄｅｆｏｍａｒｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ２５０～４５Ｏ ℃ ．１ ’ ｈｅｌｆｏｗｓｔｒｅｓｓｃｕｒｖｅｏｆｍａｔｅｉｒａｌｈａｓｂｅｅｎ
抗应力腐蚀等优点，在国民经济的发展中起着巨
大的作用。铝合金锻件是铝合金制品中非常重要的一种形式，具有组织均匀、力学性能好等优点，主要应用于航空航天、交通运输、船舶、能源动力、
石油化工等领域特别重要的承力结构部件。７０５０铝合金是在７０７５基础上提高ｚｎ、ｃｕ含量以及Ｃｕ／Ｍｇ的比值，并用ｚｒ代替Ｃｒ，克服了淬火敏感
摘要：利用Ｇｌｅｅｂｌｅ．３８００热模拟试验机进行了７０５０铝合金热轧板材高向试样在应变速率０．０１ｓ～一３ｓ～，变形温度为２５０— ４５０￣Ｃ条件下的恒速率等温压缩实验。得到了材料的流变应力曲线，分析了合金的流变应力变化特征，建立了合金的流变应力本构方程，为采用７０５０铝合金热轧板材作为坯料进行热加工工艺提供了理论依据。关键词：７０５０铝合金；热变形；应力一应变曲线；本构方程

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第３期
吕凤工，等：７０５０铝合金蠕变时效成形本构模型研究
·３１·
定，长大速度变缓，并发生粗化，材料进入过时效阶段，析出相对位错的钉扎、阻碍作用减弱，从而导致材料的屈服强度下降．
560
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｒｅｅｐａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆ７０５０Ｔ４５１ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ，ｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｃｒｅｅｐｔｅｓｔｓｗｅｒｅｏｐｅｒａｔｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｔ１６０ ℃ ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｃｒｅｅｐｓｔｒａｉｎ，ｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｈａｒｄｅｎｉｎｇｔｈｅｏｒｙｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｎｄｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｆｏｒｃｒｅｅｐａｇｅｆｏｒｍｉｎｇｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｓｔａｎｔｓｗｅｒｅｆｉｔｔｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｍｏｄｅｌｆｉｔｓｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｒｅｅｐａｇｅｆｏｒｍｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：７０５０ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｃｒｅｅｐａｇｅｆｏｒｍｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎ；ａｇｅｈａｒｄｅｎｉｎｇ；ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ
蠕变时效成形是在一定温度和外力作用下材料缓慢变形的过程，其中伴随着弹性变形、应力松弛和时效强化的综合作用［１］．与喷丸成形、拉伸成形技术相比，蠕变时效成形技术成形效率高、零件内部残余应力低，可增强材料的耐应力腐蚀能力，延长零件的使用寿命［２］．蠕变时效成形技术受到材料本身时效周期的限制，且弯曲应力低、时效温度低，无法将试件内已有的弹性变形全部转变为塑性变形，成形后均存在一定的回弹［３－４］．另外，成形后零件的力学性能直接影响其在工程上的应用．因此，进行蠕变时效成形回弹及屈服强度预测
化的本构方程，并运用遗传算法对材料常数进行拟合优化．研究表明，该模型在不同应力水平下与试验结果吻合良好，能
够用来模拟分析蠕变时效成形过程．
关键词：７０５０铝合金；蠕变时效成形；本构方程；时效强化；遗传算法
中图分类号：ＴＧ３０６
文献标志码：Ａ文章编号：１００５－０２９９（２０１４）０３－００２８－０６
差，不同应力水平下析出相尺寸差别不大．
图５是析出相体积分数随时间变化曲线，随
着时效时间的增加，析出相的相对体积分数逐渐
增加，在１８ｈ接近达到最大值，此时 η′相析出接
近完全，并开始向平衡相转化．
35
30
析出相尺寸/nm
25
20
15
10
5 0
300MPa 325MPa 350MPa 375MPa
60??5' 1
1 2.1
Φ10?0.02 0.8
Φ0.03A 0.02
R0.5 2?45?
2－B1.6/5 GB145-85
M16-6h Φ12 Φ16 Φ18-0.1
100?0.2 185
3 13.5 25
图１单轴拉伸蠕变试样
要建立描述蠕变时效成形过程中微观组织及屈服强度变化的本构模型，需要研究不同蠕变应力下材料微观组织及屈服强度随时间的变化规律．试验材料在１６０ ℃ 、４种应力条件下分别进行两组６、１２、１８、２４ｈ的持久蠕变试验，当试验进行至所需采样时间点时停止，对一组蠕变试样进行室温下单轴拉伸试验，测定蠕变时效后的屈服强度；从另一组蠕变试样上制取微观组织分析试样，利用透射电子显微镜观察析出相的尺寸、形貌和分布．１．２试验结果与分析
为平衡体积分数（ｆｐｅａｋ），相对体积分数（ｆｒ）定义为
ｆｒ
＝
ｆｆｐｅａｋ
．
析出相尺寸的测量结果如图４所示，在相同
时间内，析出相尺寸随内应力增大而增大，这是由
于 η′相与基体之间是半共格，其利用界面上的台
阶进行扩散长大，内应力越大，η′相长大所需的能
量越低，尺寸越大．但由于应力水平接近及测量误
针对铝合金蠕变时效成形回弹及时效强化现象，有关学者已做了大量研究［５－６］．Ｊ．Ｌｉｎ等［７］提出一种可描述析出相半径变化的本构模型，并应用于铝合金厚板时效成形的有限元分析．李超等［８－９］对７Ｂ０４铝合金时效成形中微观组织和性能变化进行研究，基于统一理论、长大动力学和析出强化理论，提出一个全新概念的等温蠕变－时效本构模型．Ｌ．Ｚｈａｎ等［１０］通过研究蠕变时效成形过程和强化机制，充分考虑了成形过程中应力、位错强化、固溶强化和时效强化对蠕变速率的影响，提出７０５５铝合金蠕变时效本构方程．
以便建立和宏观性能之间的数学关系．蠕变时效过程中材料的微观组织随时间的变化情况如图３所示，可以看出，析出相形貌不是理想的球状，而是椭球状或针状．要准确表征其形貌尺寸，涉及到长、短轴和长径比计算，处理比较困难，因此，假设析出相以固定的长径比长大，仅对其长度方向尺寸进行描述．将得到的ＴＥＭ照片在Ｉｍａｇｅ－ＰｒｏＰｌｕｓ６．０金相分析软件上完成定量分析，得到每个视野中析出相的平均长度和体积分数（ｆ）．１蠕变时效成 Nhomakorabea性能研究
１．１材料及试验方法选用的材料是厚度４０ｍｍ的７０５０铝合金，
其供货状态为Ｔ４５１，主要成分及室温力学性能如表１、表２所示．根据铝合金的热处理规范，７０５０铝合金时效温度为１２０～１７０ ℃ ．为兼顾成形效率及蠕变时效后力学性能要求，本文选定蠕变时效成形温度为１６０ ℃ ，在该温度下研究材料的蠕变性能、微观组织和宏观力学性能变化．
6
300MPa
5
325MPa 350MPa
375MPa 4
3
2
1
0
5
10
15
20
蠕变时间/h
图２不同应力下的蠕变应变－时间曲线
铝合金７０５０Ｔ４５１为欠时效状态，η′是主要析出强化相，同时也是建立蠕变时效本构模型的重要变量，需要将 η′相的尺寸和体积分数数值化，
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材料科学与工艺第２２卷
本文在总结前人经验的基础上，针对国内航空制造企业对高强铝合金整体壁板成形技术方面的需求，从宏观与微观角度研究７０５０Ｔ４５１铝合金
第３期
吕凤工，等：７０５０铝合金蠕变时效成形本构模型研究
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蠕变时效过程，掌握工艺参数对材料微观组织演变、力学性能的影响规律，建立了可描述蠕变应变和时效后屈服强度变化的本构模型．
收稿日期：２０１２－１０－１７．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７５２６７）．作者简介：吕凤工（１９８８－），男，硕士研究生；
曾元松（１９７１－），男，研究员，博士生导师．通信作者：吕凤工，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｖｆｅｎｇｇｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ．
以调整工艺流程、优化工艺参数、修整模具型面是成形出合格零件的关键．
5 10 15 20 25 蠕变时间/h
图４析出相尺寸随蠕变时间的变化曲线
相对体积分数
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6 300MPa
0.5
325MPa
350MPa
0.4
375MPa
0 5 10 15 20 25 蠕变时间/h
图５相对体积分数随蠕变时间的变化曲线
图６为试样蠕变时效后屈服强度随时间的变化曲线，可见，屈服强度的变化是时间和恒定内应力共同作用的结果．应力时效的前５～１０ｈ，材料的屈服强度迅速升高并达到最大值，而后随时间的延长而下降．由前文可知，在蠕变时效初期，多数析出相尺寸相对较小，体积分数增长较快，此时时效强化主要由析出相体积分数控制，位错主要以切过方式通过析出相，需要较大的力，材料的屈服强度上升；随着蠕变时间的延长，材料的脱溶沉淀过程进一步发展，此时，析出相体积分数趋于稳
第２２卷第３期
２０１４年６月
材料科学与工艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ�� ２２Ｎｏ�� ３Ｊｕｎ．２０１４
７０５０铝合金蠕变时效成形本构模型研究
吕凤工１，黄遐１，曾元松１，王永坤２，万敏２
沿板料轧制方向制取如图１所示的标准蠕变试样，蠕变拉伸试验在电子万能试验机上进行，加热装置保证加载过程中温度偏差在±１℃ 以
RR11?0.01
2?0.06
内．试样随炉升温至１６０ ℃ 后保温，试验机平稳地施加载荷至恒定，两个引伸计同时双侧测量夹具的位移，得到标距段伸长量．在１６０ ℃ 时材料的屈服强度为４５０ＭＰａ，蠕变应力的选择应低于该温度下材料的屈服强度，本文选择蠕变应力为３７５、３５０、３２５及３００ＭＰａ．
表１７０５０铝合金化学成分（质量分数％）

7050铝合金蠕变时效成形本构模型研究

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典型航空铝合金塑性成形与蠕变时效成形的工艺基础(蔺永诚[等]著)思维导图

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铝合金时效蠕变与时效应力松弛关系

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蠕变时效成形综述

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