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铝合金厚板振动时效的微屈服机理探讨与试验研究

作　者: 郭俊康
导　师: 吴运新
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 振动时效 残余应力 铝合金厚板 X射线衍射法 尺寸稳定性
分类号: TG156.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 121次
引　用: 3次
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内容摘要


振动时效在实践中被证实是一种有效消减残余应力的工艺,然而在应用中发现对于不同的材料和构件,其应力消减效果并不相同。为了更好地在生产过程中应用振动时效工艺,对振动时效的机理研究就变得十分迫切。本文主要通过试验研究,得到了铝合金厚板在交变应力作用下残余应力演变的一般规律,并对振动时效的机理进行了进一步的分析与探讨。本文首先对X射线残余应力测量法应用于铝合金材料的电解抛光,电解剥除工艺,测量技术进行了研究和优化,并对淬火和预拉伸铝合金厚板表面残余应力进行了测量,得到了分布区间和规律。其次,本文通过试验,对交变应力加载状态下的残余应力演变规律进行了研究。当加载应力与残余应力之和大于材料屈服强度时,残余应力可以得到消减,其消减规律符合塑性变形和强化机理；当小于屈服强度时有两种情况,当叠加应力小于门槛值时,交变应力加载不会对残余应力产生影响,当叠加应力大于此值时,经过一定周期交变应力加载,残余应力会得到消减,加载应力越大,应力消减产生的越早。另外,试验中表面喷砂试样比淬火试样残余应力消减效果显著,因此残余应力消减也与初始残余应力状态与应力梯度有关。再次,本文对振动时效消减残余应力的机理进行了进一步的探讨和研究。分别基于包辛格效应和位错理论总结了振动时效消减残余应力的宏观和微观机理,得到了残余应力消减的数学模型和经验公式。基于蠕变理论提出了振动时效与循环蠕变在力学本质上的相关性,并对交变应力幅、温度和材料特性等共同影响因素进行了分析。基于应变能原理分析了残余应力场对应的能量状态,从能量转化的角度对振动时效消减残余应力的过程进行了研究。最后,通过对比试验证明振动时效可以调整淬火铝合金厚板的峰值应力,均化残余应力分布对尺寸稳定性有很好作用,并对其机理进行了研究与探讨。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 课题来源与研究意义  8
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 研究意义  8
  1.2 残余应力测量方法和消减工艺的研究现状  8-15
    1.2.1 残余应力的测量方法  9-12
    1.2.2 残余应力消减工艺研究现状  12-13
    1.2.3 振动时效残余应力消减规律和机理的研究现状  13-15
  1.3 本论文研究的主要内容  15-17
    1.3.1 X射线表面残余应力测量方法在铝合金厚板中的应用研究  15
    1.3.2 振动时效消减铝合金厚板残余应力的试验研究  15-16
    1.3.3 振动时效消减残余应力的机理研究  16
    1.3.4 振动时效对铝合金厚板尺寸稳定性影响的研究  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章 铝合金厚板残余应力测试方法研究  18-33
  2.1 铝合金厚板残余应力场的产生  18-19
    2.1.1 铝合金厚板的淬火工艺与淬火残余应力场  18-19
    2.1.2 铝合金厚板的预拉伸工艺原理及残余应力场  19
  2.2 铝合金厚板X射线法表面残余应力测量方法和工艺优化  19-28
    2.2.1 X射线衍射法测量表面残余应力的原理  20-23
    2.2.2 铝合金厚板的电解抛光及电解剥层方法研究  23-26
    2.2.3 X射线应力测量仪在铝合金厚板中的应用方法优化  26-28
  2.3 X射线法测量淬火和预拉伸铝合金厚板表面残余应力  28-32
    2.3.1 X射线法测量淬火铝合金厚板表面残余应力  28-29
    2.3.2 预拉伸铝合金厚板表面残余应力测量  29-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 交变应力状态下残余应力演变的试验研究  33-48
  3.1 高于屈服强度交变应力下残余应力演变的试验研究  33-37
    3.1.1 试验设计与准备  34-35
    3.1.2 交变应力加载试验  35-37
    3.1.3 试验结果与结论  37
  3.2 交变应力下淬火铝合金厚板残余应力演变的试验研究  37-43
    3.2.1 试验设计与准备  38-39
    3.2.2 交变应力加载试验  39-41
    3.2.3 力学性能试验  41-42
    3.2.4 试验结果讨论  42-43
  3.3 交变应力下表面喷砂铝合金厚板残余应力演变的试验研究  43-47
    3.3.1 试验设计与准备  43-44
    3.3.2 交变应力加载试验  44-45
    3.3.3 淬火与表面喷砂铝合金厚板的残余应力梯度  45-46
    3.3.4 试验结果讨论  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 振动时效消减残余应力的机理研究  48-70
  4.1 基于包辛格效应的振动时效宏观机理研究  48-52
    4.1.1 循环载荷下金属材料的包辛格效应  48-49
    4.1.2 振动时效的宏观机理  49-51
    4.1.3 基于包辛格效应的残余应力消减模型  51-52
  4.2 基于位错理论的振动时效微观机理研究  52-60
    4.2.1 振动时效的微观机理  53-54
    4.2.2 基于位错理论的振动时效中材料塑性流变模型  54-57
    4.2.3 基于塑性流变模型的振动时效过程仿真  57-60
  4.3 基于蠕变和应力松弛理论的振动时效机理研究  60-64
    4.3.1 蠕变与应力松弛理论  60-62
    4.3.2 振动时效中的循环蠕变与应力松弛  62-64
  4.4 基于应变能原理的振动时效机理研究  64-68
    4.4.1 振动时效中残余应力场与应变能变化  64-66
    4.4.2 交变加载下的塑性应变能与能量耗散  66-68
  4.5 本章小结  68-70
第五章 振动时效对铝合金厚板尺寸稳定性影响的研究  70-78
  5.1 振动时效对铝合金厚板尺寸稳定性影响的试验研究  70-76
    5.1.1 试验设计与准备  70-72
    5.1.2 振动时效工艺处理  72-74
    5.1.3 试验结果与结论  74-76
  5.2 振动时效提高铝合金厚板尺寸稳定性的机理研究  76-77
  5.3 本章小结  77-78
第六章 总结与展望  78-80
参考文献  80-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间主要的研究成果  87

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 热处理 > 热处理工艺 > 特殊热处理 > 时效处理
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