Page 40 - 理化检验-物理分册 2021年第六期
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顾开选, 等: 采用圆环三角试样评价材料的尺寸稳定性


            明产生了压应力, 而心部应力数值是正 数, 为拉应                          缓慢升降温的冷热循环方法同样能够释放铝合金残
            力。淬火冷却初始阶段圆环三角试样表层快速冷却                             余应力   [ 18 ] , 但处理工艺方面并未达成广泛共识, 从
            收缩量较大, 心部温度相对下降较慢收缩量较小, 这                          而也制约了深冷处理技术的应用。
            就导致试样表层受到拉应力而心部受到压应力, 随                                为了验证圆环三角方法的有效性, 采用深冷处
            着冷却过程的继续进行, 试样表层温度基本不变, 收                          理与 7050 铝合金传统固溶时效相结合的方式, 分别
            缩量较小, 但心部由于冷却较慢继续收缩, 这样就导                          结合三角形顶角角度变化( Δ θ ) 和试样两侧面平行
            致淬火 试 样 表 面 产 生 了 压 应 力 而 心 部 产 生 拉 应              度变化探索不同处理工艺对圆环三角尺寸稳定性的
            力   [ 11-13 ] 。随着试样截面的变化, 残余应力分布不均                 影响。从图 3 可以看出, 固溶淬火态( S ) 试样开口
            匀, 可以看出, x 方向残余应力在上下圆弧附近最                          前后角度变化最大, 固溶态增加深冷( SC ) 或增加时
            大。  y 方向的残余应力( S22 ) 同样呈现表面为压应                     效( SA ) 后开口角度变化均减小, 而且两者减小幅度
            力, 心部为拉应力, 沿着三角形两腰方向残余应力较                          相当, 固溶时效后增加深冷( SAC ) 开口角度变化进
            大, 且沿着底边方向残余应力呈现增大的趋势, 残余                          一步小幅度减小。然而, 值得注意的是固溶深冷后

            拉应力达到了 120 MPa左右, 由于沿着两腰朝顶点                        增加时效( SCA ) 圆环三角试样开口前后角度变化明
            方向试样的横截面尺寸不断增大, 从而形成了对两                            显减小。不同工艺处理后两侧面平行度的变化趋势
            腰侧底部较大的拉应 力。淬 火 后 圆 环 三 角 试 样 z                    和角度变化趋势基本一致, 如图 4 所示。

            方向上的残余应力( S33 ) 几乎为 0 MPa , 由于圆环

            三角试样较薄( 5 mm ), 且沿厚度方向尺寸均匀, 因
            此, 在该方向上没有形成明显的残余应力分布。
               通过以上分析可以看出, 圆环三角试样淬火后
            能够在试样内部沿 x 和 y 方向形成明显的不均匀
            残余应力分布, 沿着三角形底边切开后, 方向上的
                                                y
            残余应力将会得到明显释放, 同时 x 方向上的残余
            应力也会得到一定释放, 残余应力释放最明显的效
            果将会导致圆环三角的顶角角度和侧面平行度的变                                 图 3  不同工艺处理后圆环三角试样开口前后角度变化

            化。其中 y 方向的残余应力对变形起着主导作用,                            Fi g  3 An g lechan g esbeforeandaftero p enin g oftherin g trian g le

                                                                        s p ecimenstreatedb ydifferent p rocesses
            z 方向上没有明显残余应力分布, 可以避免试样尺
            寸变化复杂导致难以精确测量变形的问题。经过不
            同的工艺处理后, 圆环三角试样内部的残余应力分
            布不同, 从而沿试样底边开口后所引起的变形将会
            存在差异。因此, 通过开口后试样三角形顶角的尺
            寸和两侧面平行度的变化可以对试样的尺寸稳定性
            进行评价。
            2.2  圆环三角尺寸稳定性
                 深冷处理技术是按照特定的工艺将材料或零部

            件置于 -100 ℃ 以下的低温环境中, 通过材料显微                         图 4  不同工艺处理后圆环三角试样开口前后平行度公差变化
            组织或残余应力的变化来实现材料性能的提升                       [ 14 ] 。  Fi g  4 Parallelismtolerancechan g esbeforeandaftero p enin g ofthe













            近年来, 深冷处理在铝合金残余应力释放方面引起                                 rin g trian g les p ecimenstreatedb ydifferent p rocesses

            了广泛关注, 研究表明深冷处理能够有效降低铝合                                通过以上结果可以看出, 固溶淬火态( S ) 由于
            金残余应力, 提高尺寸 稳 定 性           [ 15-17 ] 。然 而, 目 前 对  快速冷却试样残余应力较高, 固溶态增加时效( SA )
            于深冷处理工艺方面还未达成共识, 研究表明上坡                            是铝合金常规的处理工艺, 时效过程一方面促进铝
            淬火通过对试样进行快速冷却和快速升温能够释放                             合金第二相析出, 起到析出强化的作用, 另一方面也
            材料残余应力, 然而对于大型复杂结构件难以实现                            能降低淬火残余应力。固溶后的深冷处理( SC ) 对
            升降温的均匀控制, 目前并未得到广泛应用。通过                            铝合金难以起到常规时效的作用, 但却能够释放淬
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