应力取向效应对时效成形铝合金壁板性能均匀性的调控机制及工艺研究
批准号:
52065045
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
刘大海
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘大海
中文摘要
时效成形将材料的蠕变(或应力松弛)与时效强化同步进行,在制造高性能航空铝合金整体壁板构件方面具有独特优势。针对时效成形时板坯宏/微观晶体学特征对外载荷的非均匀响应产生应力取向效应,恶化构件性能均匀化,限制其在航空关键构件制造中的应用这一关键问题,项目探索应力取向效应调控构件性能均匀性的原理和方法:基于第一性原理界面能计算,建立析出相宏观热/力影响因素与微观结构的关联机制,揭示应力取向效应的形成机制和动力学规律;进而,在探明单晶体应力取向效应调控构件性能的有效应力的基础上,运用织构多晶连续介质力学法(CMTP),探明多晶体织构效应的耦合作用对有效应力的影响,揭示宏/微观晶体位向效应对构件性能均匀性的影响机理和关联规律;从而形成和构建基于“热/力耦合因素调控应力取向有效应力”的时效成形构件性能均匀性调控工艺,发展时效成形技术形/性协同制造的理论和方法,推进其在高性能铝合金壁板制造中的应用。
英文摘要
Creep age forming (CAF) synchronously combines creep forming (or stress relaxation) and age-hardening into one process, and has unique advantages in manufacturing such high-performance aluminum alloy integral panels in the aircraft and aerospace industries. For the key issue that CAF cannot be applied in producing some key aerospace components, because of the involved severe anisotropy characteristics resulting from the stress orientation effect by the non-uniform response of crystallographic characteristics under applied loadings, this project intends to study the mechanisms and methods of the effects of stress orientation effect on property uniformity of components during CAF. First, by means of first-principles calculation and interface thermodynamics, the correlation mechanism of macro thermal/force influencing factors and microstructures is established, and the forming mechanisms and dynamics of stress orientation effect are revealed; then, on the basis of revealing the effective stress of stress orientation effect in single crystals, the coupling effects of polycrystalline textures on effective stress are investigated by introducing the method of CMTP (Continuum Mechanical of Textured Polycrystals), and the influencing mechanism and regularity of macro/micro crystallographic anisotropy on property homogeneity can be revealed; and finally, based on the concept of “thermal/force coupling factors regulating stress orientation effective stress”, the property-uniformity regulation technologies on creep aging formed components are explored and established. This work will develop the theory and methods of shape/property co-manufacturing of CAF, and will advance its applications in manufacturing high-performance aluminum alloy integral panels.
时效成形在制造高性能航空铝合金整体壁板构件方面具有独特优势。针对时效成形时板坯宏/微观晶体学特征对外载荷的非均匀响应产生应力取向效应,恶化构件性能均匀化,限制其在航空关键构件制造中的应用这一关键问题,项目以典型航空用铝合金板材为研究对象,探索了应力取向效应调控构件性能均匀性的原理和方法:阐明了应力取向效应的形成机制和动力学规律,揭示了宏/微观晶体位向效应对构件性能均匀性的影响机理和关联规律,构建了基于“热/力耦合因素调控应力取向有效应力”的时效成形构件性能均匀性调控工艺。研究表明:1)应力时效会使得合金中产生应力取向效应,且这种现象在很大程度上源于析出相的形核阶段,外加应力的存在也同时会对时效初期析出相的择优取向产生较大的影响,且这种影响要强于对时效后期择优取向的影响。热/力耦合影响下,外加应力与结构的相互作用导致了析出相择优取向析出,且温度和应力(应变)对析出共格界面能的作用相反,引入应力场可以抵消温度的影响,降低界面能,从而促进析出相的析出,且不同的应变/应力方式对这种析出相的择优析出和生长现象作用不同。2)一定的弹性应力下就足够影响合金时效过程中相的析出分布,随着外加应力的增大,惯析面上相的析出密度则会随之增加,进而导致合金的屈服强度降低。受应力弹性交互作用和位错的耦合影响,应力的弹性交互作用使析出相的分布趋于各向异性,而位错有促进析出相形核的作用,在某种程度上使析出相的分布更均匀。3)基于应力析出形核过程控制的分级时效制度可有效控制应力析出位向效应,提高构件的组织的均匀化程度,而引入外场(电、磁、超声等)诱发预处理技术则可有效调控应力时效的析出过程,从而对改善构件的应力时效性能也起到积极的促进作用。项目研究对于发展时效成形技术形/性协同制造的理论和方法,推进其在高性能铝合金壁板制造中的应用具有重要意义。
基于局部高速率增塑效应的高强钢板复杂件精确成形及变形协调控制
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批准号:51465041
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2014
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负责人:刘大海
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依托单位:
铝合金板材磁脉冲辅助冲压增塑机制及变形控制
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批准号:51105190
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2011
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负责人:刘大海
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依托单位:
国内基金
海外基金