2A97铝锂合金板材热弯曲工艺研究

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随着航空航天领域对轻量化的需求不断增加,铝锂合金得到了极大的发展。若用铝锂合金取代常规铝合金,除可以极大减轻飞机和航天飞行器质量外,还能够延长结构类部件的使用寿命。此外,铝锂合金较好地继承了铝合金的工艺性,可以用来制成形状复杂的零件。故而,铝锂合金被认为是航天航空领域极具应用潜力的结构材料之一。本文以我国研制的可热处理强化铝锂合金2A97为例进行了研究,发现在520℃下保温1.5h可得到充分固溶,晶粒长宽比缩小,组织更加均匀。165℃人工时效45h左右可达到170HV/0.5,高于自然时效的平衡值115.8 HV/0.5。在相同应变速率下,该合金的屈服强度和抗拉强度在25-540℃之间随温度的升高,逐渐下降,而塑性先增高再下降,在500℃左右达到峰值。当温度相同时,强度随着应变速率的提升而得到改善,其塑性与强度相反,逐渐降低。540℃时,强度塑性均剧烈下降。此外,也建立了460-520℃,0.01-0.5 s-1区间内的Arrhenius和Grosman本构关系。2A97合金V形热弯曲过程可分为正向弯曲、反向校直和保压冷却等三个部分。热成形时温度下降很少,保压冷却时温度迅速降低。升高温度可以提高2A97合金的成形性,也可能会出现正负回弹。高温下不同凹模弯曲角均有可能出现回弹角由正回弹转变为负回弹,且随着弯曲角的增大,转变温度逐渐降低,这是由于随着角度的增大,变性区的占比逐渐减少。当相对弯曲半径R/t≥6.4时,不同温度下全为正回弹。当模具间隙接近坯料厚度时,更易于成形,其回弹量也相对较小。2A97铝锂合金薄板桁条成形可采用先预弯曲再终成形的方式。当坯料初始温度为505℃时,可以使预弯曲凸凹模温度高于200℃,从而将预弯曲零件温度维持在425℃以上。终成形零件在倒“几”形拐角侧壁处减薄严重,尤其是在轴线圆弧弯曲处。2A97铝锂合金桁条成形时应降低摩擦,减少保压力。400℃下不同状况终成形模拟分析可知,减薄率均在11%以下,符合零件形状和尺寸要求。中厚板渐变曲率圆弧可通过增加余量,保持凹模面水平的方式进行成形。升高成形温度至500℃,除可以降低成形力外,还能够降低回弹量。渐变曲率圆弧成形时摩擦系数越小,板材与模具间的相对阻力越小,卸载冷却后材料内部应力越小,回弹量越小。渐变曲率圆弧采用1倍板料间隙成形时,成形力增加适中,回弹量相对较小。
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