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        7022鋁合金FSJ拼連板材殘余應(yīng)力和變形分析

        2014-09-14 05:01:46汪洪峰左敦穩(wěn)
        材料工程 2014年7期
        關(guān)鍵詞:板材鋁合金部位

        汪洪峰,左敦穩(wěn),戴 晟,潘 玲

        (1南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院,南京 210016;2黃山學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院,安徽 黃山 245041)

        攪拌摩擦連接(Friction Stirring Jointing,F(xiàn)SJ)是一種固相連接技術(shù),其通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與被連接材料表面間生成的摩擦熱使連接區(qū)金屬軟化并通過(guò)軸肩和工作臺(tái)之間的擠壓力擠壓連接而成。該技術(shù)目前在航空航天、船舶制造、高速列車、軌道交通、汽車制造等多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。連接的材料以鋁合金、鎂合金等有色金屬為主,特別是鋁合金板材的連接應(yīng)用最廣,技術(shù)也較為成熟[1-5]。由于FSJ連接技術(shù)也會(huì)產(chǎn)生熱量集中現(xiàn)象,所以其也會(huì)造成板材連接后出現(xiàn)殘余應(yīng)力分布不均而變形,這將直接影響到連接板材的連接性能及后續(xù)加工性,易造成連接板材發(fā)生脆性斷裂和連接質(zhì)量降低,因此,研究FSJ連接板材的殘余應(yīng)力分布就有重要意義。

        本工作以7022鋁合金為研究對(duì)象,利用FSJ連接技術(shù)研究板材連接后殘余應(yīng)力和變形分布規(guī)律,為實(shí)際工程應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料及力學(xué)性能

        實(shí)驗(yàn)選用的材料是7022鋁合金,主要特點(diǎn)是具有更高的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度、優(yōu)良的耐磨性與耐腐蝕性和良好的FSJ的連接性能等,主要用于飛機(jī)的大型結(jié)構(gòu)件及承力零件[6-8]。實(shí)驗(yàn)所用的材料厚度為10mm,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

        表1 7022鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Table 1 Chemical composition of 7022aluminum alloy(mass fraction/%)

        進(jìn)行有限元模擬時(shí),需要輸入材料的本構(gòu)方程和隨溫度(T)變化的材料熱物性和力學(xué)性能參數(shù),其是確保模擬準(zhǔn)確性的重要保障。表2和表3給出了7022鋁合金的密度(ρ)、比熱(CP)、熱導(dǎo)率(λ)、熱膨脹系數(shù)(α)、彈性模量(E)、泊松比(n)隨溫度變化的數(shù)值。通過(guò)密度公式計(jì)算得出各溫度下密度,通過(guò)DRL-Ⅱ/Ⅲ導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù),通過(guò)DSC-2C型比熱容測(cè)試儀測(cè)試比熱容,通過(guò)高溫拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得彈性模量和泊松比隨溫度變化數(shù)值,通過(guò)DIL402C熱膨脹儀測(cè)得熱膨脹系數(shù),彈性模量通過(guò)高溫拉伸實(shí)驗(yàn)獲得。

        表2 7022鋁合金熱物性參數(shù)Table 2 Thermophysical parameters of 7022aluminum alloy

        表3 7022鋁合金熱力學(xué)性能參數(shù)Table 3 Thermal properties of 7022aluminum alloy

        7022鋁合金及其FSJ連接區(qū)的本構(gòu)方程通過(guò)Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)獲得。材料本構(gòu)方程采用Johnson-Cook模型,本構(gòu)方程依次為[9]

        7022鋁合金母材

        7022鋁合金FSJ連接區(qū)

        式中:Tm為材料熔點(diǎn);ε為應(yīng)變,為應(yīng)變率;0,Tr分別為參考應(yīng)變率和參考溫度,本工作取0=0.001s-1,Tr=30℃。

        1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

        實(shí)驗(yàn)選用的FSJ設(shè)備型號(hào)為FSW-2XB-020,攪拌頭采用右旋螺紋結(jié)構(gòu),且在攪拌針頂端開(kāi)有三個(gè)V型槽。FSJ實(shí)驗(yàn)前先用丙酮對(duì)鋁合金板材連接區(qū)進(jìn)行擦洗除油,然后用砂紙或砂輪輕輕地將拼連一邊的氧化膜打磨掉,去膜方式為機(jī)械加工方法,最后用無(wú)水乙醇清洗打磨表面,用吹風(fēng)機(jī)吹干,固定在FSJ設(shè)備工作臺(tái)上進(jìn)行連接。連接的工藝參數(shù):攪拌頭旋轉(zhuǎn)速率ω=400r/min,攪拌頭連接速率v=100mm/min。殘余應(yīng)力測(cè)試采用小孔法測(cè)試,選用的應(yīng)變片為BX120-2BA,鉆頭直徑為φ1.5mm,小孔深度為1.5mm。進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試前,將連接區(qū)兩邊去除飛邊,并用砂紙手工打磨毛刺,最后用無(wú)水乙醇清洗表面,用吹風(fēng)機(jī)吹干貼應(yīng)變片。板材變形主要通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量獲得。

        2 FSJ過(guò)程熱力耦合分析

        2.1 熱力耦合模型的建立

        模型的尺寸如圖1(a)所示,網(wǎng)格劃分如圖1(b)所示,連接區(qū)比較密,遠(yuǎn)離連接區(qū)比較稀疏。圖1(b)中的模型共有9435個(gè)節(jié)點(diǎn)和7200個(gè)單元。溫度場(chǎng)分析時(shí)采用SOLID70單元,殘余應(yīng)力分析時(shí)采用SOLID45單元。

        按文獻(xiàn)[10]中熱源模型加載到圖1(b)有限元模型上,得到了各節(jié)點(diǎn)模擬溫度。在溫度場(chǎng)的有限元模型基礎(chǔ)上,將熱單元轉(zhuǎn)化為力學(xué)單元,并將獲得的各節(jié)點(diǎn)溫度作為體載荷施加到應(yīng)力場(chǎng)分析中,模擬出整個(gè)連接過(guò)程中的殘余應(yīng)力場(chǎng)分布。FSJ過(guò)程為連續(xù)的,連接完成后將連接件放置室溫中進(jìn)行自然冷卻。連接試樣在連接過(guò)程中被夾具固定在工作臺(tái)上,其約束為過(guò)定位約束。當(dāng)連接試樣在室溫中冷卻到室溫,去除裝夾約束。

        另外,由于實(shí)際測(cè)量得出的連接板材變形,一部分是由連接輸入熱引起的,一部分是由板材自身重力引起的,而實(shí)際工程中僅考慮連接輸入熱變形,但為了用實(shí)驗(yàn)檢測(cè)模型正確性,故在與實(shí)驗(yàn)對(duì)比的模型中考慮了重力作用,而預(yù)測(cè)變形中剔除了重力影響作用。

        圖1 熱力耦合模型尺寸圖 (a)模型1尺寸圖;(b)模型1有限元網(wǎng)格劃分Fig.1 The model of thermal-mechanical coupling and dimensional drawing (a)model 1size;(b)model 1finite element mesh

        2.2 殘余應(yīng)力模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

        圖2是沿A-B路徑的殘余應(yīng)力曲線,圖2中縱向和橫向殘余應(yīng)力的模擬值與實(shí)驗(yàn)值變化趨勢(shì)基本一致。模擬得出的最大縱向殘余拉應(yīng)力和最大橫向殘余應(yīng)力分別為8.607MPa和47.7MPa,分別約為母材(簡(jiǎn)稱BM)屈服極限的1.6%和8.2%。圖2(a)中,在80~150mm區(qū)域內(nèi),實(shí)驗(yàn)值比模擬值大,其余均小于模擬值;圖2(b)中,在約110mm后實(shí)驗(yàn)值均比模擬值大,其余均小于模擬值。圖3為沿C-D路徑的殘余應(yīng)力曲線,圖3(a)中兩端的模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,中間實(shí)驗(yàn)值波動(dòng)太大。3(b)中的模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合得較好。模擬得到最大縱向殘余拉應(yīng)力和橫向殘余應(yīng)力分別為9.263MPa和43.5MPa,分別約為BM屈服極限的1.74%和8.2%。

        圖2 沿A-B路徑的殘余應(yīng)力曲線 (a)縱向殘余應(yīng)力;(b)橫向殘余應(yīng)力Fig.2 The curves of residual stress along A-Bline (a)longitudinal residual stress;(b)transverse residual stress

        圖3 沿C-D路徑的殘余應(yīng)力曲線 (a)縱向殘余應(yīng)力;(b)橫向殘余應(yīng)力Fig.3 The curves of residual stress along C-Dline (a)longitudinal residual stress;(b)transverse residual stress

        從圖2和圖3中還可看出,前進(jìn)側(cè)(簡(jiǎn)稱AS)和返回側(cè)(簡(jiǎn)稱RS)縱向殘余應(yīng)力距離板材中心位置殘余應(yīng)力較大,而兩端位置相對(duì)較??;橫向殘余應(yīng)力距離連接區(qū)起始端較大。

        圖4為沿E-F路徑的殘余應(yīng)力模擬值與實(shí)驗(yàn)值,其變化趨勢(shì)基本吻合。模擬得到的最大縱向殘余拉應(yīng)力和橫向殘余應(yīng)力分別為161MPa和52MPa,分別約為BM屈服極限的30.4%和9.8%.圖5對(duì)比了沿IJ路徑的殘余應(yīng)力模擬值與實(shí)驗(yàn)值,模擬值與實(shí)驗(yàn)值整體趨勢(shì)較吻合,縱向殘余應(yīng)力在連接區(qū)附近呈現(xiàn)拉應(yīng)力,遠(yuǎn)離連接區(qū)中心的位置呈現(xiàn)壓應(yīng)力。模擬得到的最大縱向殘余拉應(yīng)力和最大橫向殘余拉應(yīng)力為85.4MPa和33.8MPa,分別約為BM 屈服極限的15.9%和6.4%。

        圖4 沿E-F路徑的殘余應(yīng)力分布曲線 (a)縱向殘余應(yīng)力;(b)橫向殘余應(yīng)力Fig.4 The curves of residual stress along E-Fline (a)longitudinal residual stress;(b)transverse residual stress

        圖5 沿I-J路徑的殘余應(yīng)力分布曲線 (a)縱向殘余應(yīng)力;(b)橫向殘余應(yīng)力Fig.5 The curves of residual stress along I-Jline (a)longitudinal residual stress;(b)transverse residual stress

        從圖2~5還可以看出,各模擬和測(cè)量位置的殘余拉應(yīng)力均低于BM屈服強(qiáng)度的50%以下,這充分說(shuō)明FSJ連接區(qū)性能好。另外,對(duì)比圖4和圖5可知,圖5中殘余壓應(yīng)力值大于圖4,圖5中殘余拉應(yīng)力小于圖4,造成這種變化的主要原因是夾具的裝夾位置對(duì)工件的殘余應(yīng)力影響,在E-F處先連接,此時(shí)夾具的約束影響了連接過(guò)程中材料的受熱膨脹,而在I-J處是后連接,此時(shí)夾具的約束有影響,但時(shí)間相對(duì)較短,其對(duì)連接中材料的受熱膨脹影響不大,故在I-J處的殘余壓應(yīng)力較小,殘余拉應(yīng)力較大;而在E-F處的殘余壓應(yīng)力較大,殘余拉應(yīng)力較小。

        2.3 攪拌摩擦連接變形模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

        因測(cè)實(shí)驗(yàn)板材長(zhǎng)度和寬度相對(duì)厚度較大,因此本工作研究忽略X和Y方向的變形,僅考慮Z方向的變形。圖6是沿A-B路徑的變形曲線,從圖6中可以看出工件在連接區(qū)方向呈彎曲變形,靠近鑰匙眼側(cè)的翹起量高。圖6中實(shí)驗(yàn)值高于模擬值,但總的變化趨勢(shì)相同。殘余應(yīng)力直接影響變形,從圖2中可知,板材連接區(qū)中間部位為殘余拉應(yīng)力,形成中間部位下凹,且下凹接近起始端;起始端為殘余壓應(yīng)力,致使起始端有翹起趨勢(shì),但受中間下凹部位的影響,起始端翹起并不明顯;鑰匙眼側(cè)也受到殘余壓應(yīng)力作用,但壓應(yīng)力相對(duì)起始端較小,且中間下凹部位靠近起始端,間接的將鑰匙眼端抬高,使得鑰匙眼端整體翹起。故圖6能準(zhǔn)確反映連接變形,其模擬也是準(zhǔn)確可靠的。圖7是沿C-D路徑的變形曲線,實(shí)驗(yàn)值和模擬值在變化趨勢(shì)基本一致,但兩端測(cè)得的變形量的實(shí)驗(yàn)值明顯高于模擬值,這可能是有限元模型簡(jiǎn)化所致。起始端的變形量低于鑰匙眼端。圖中變形曲線與圖2中殘余應(yīng)力曲線基本吻合,符合變形規(guī)律。

        圖6 沿A-B路徑的變形曲線Fig.6 The curves of deformation along A-Bline

        圖7 沿C-D路徑的變形曲線Fig.7 The curves of deformation along C-Dline

        圖8是沿E-F路徑的變形曲線,從圖8中可以看出工件在垂直連接區(qū)方向呈彎曲變形且左邊變形大于右邊。兩端模擬值較實(shí)驗(yàn)值高,中間部位則相反,實(shí)驗(yàn)值高于模擬值。圖8中變形曲線同圖4中殘余應(yīng)力曲線保持一致,中間部位處于殘余拉應(yīng)力,出現(xiàn)下凹現(xiàn)象,兩側(cè)是殘余壓應(yīng)力,出現(xiàn)兩端翹起現(xiàn)象。圖9是沿I-J路徑的變形曲線,其變形和圖8相似,但是圖中變形量要比圖8小,這主要是由于在I-J路徑處夾具裝夾時(shí)間比連接區(qū)起始端65mm處短,致使在I-J路徑處殘余拉應(yīng)力小于E-F路徑處的殘余拉應(yīng)力,直接引起I-J路徑處變形小于E-F路徑處的變形。圖8中曲線夾角小于圖9曲線夾角,這可能是由于板材自身重力導(dǎo)致的結(jié)果,致使圖8中板材兩邊翹起的高度大于圖9中板材兩邊翹起的高度。另外,AS殘余應(yīng)力大于RS,故AS變形大于RS,即圖中左邊曲線高于右邊曲線。

        圖8 沿E-F路徑的變形曲線Fig.8 The curves of deformation along E-Fline

        圖9 沿I-J路徑的變形曲線Fig.9 The curves of deformation along I-Jline

        從上述結(jié)果和分析可以看出,利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行FSJ變形分析,得出的FSJ變形趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)基本一致,且隨著模擬模型的不斷改進(jìn),模擬結(jié)果更佳接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果,因而其對(duì)FSJ實(shí)際工程應(yīng)用具有較大的實(shí)用價(jià)值。

        3 結(jié)論

        (1)在垂直于連接區(qū)的殘余應(yīng)力不論是縱向還是橫向均是連接區(qū)中心殘余應(yīng)力高于連接區(qū)兩側(cè);在平行于連接區(qū)的殘余應(yīng)力,縱向殘余應(yīng)力在寬度方向中間部位較低,橫向殘余應(yīng)力在寬度方向中間部位較高。

        (2)垂直于連接區(qū),前進(jìn)側(cè)的殘余應(yīng)力大于返回側(cè)的殘余應(yīng)力,前進(jìn)側(cè)的變形也大于返回側(cè)的變形;平行于連接區(qū),中間部位為殘余拉應(yīng)力,形成下凹且接近起始端;起始端為殘余壓應(yīng)力,致使起始端有翹起趨勢(shì),但受中間下凹部位的影響,起始端翹起受到限制而并不明顯;鑰匙眼側(cè)同樣為殘余壓應(yīng)力,但壓應(yīng)力相對(duì)較小,且離中間下凹部位較遠(yuǎn),從而間接地抬高了鑰匙眼端,使得鑰匙眼端整體翹起。

        (3)所測(cè)位置的殘余拉應(yīng)力均低于母材屈服強(qiáng)度的50%以下,說(shuō)明在攪拌頭ω=400r/min,v=100mm/min時(shí)連接的板材質(zhì)量高。

        [1]KOSKA A,COELHO R S,SANTOS J D,et al.Microstructure of friction stir welding of aluminium alloy to magnesium alloy[J].Scripta Materialia,2009,60:953-956.

        [2]汪洪峰,左敦穩(wěn),邵定林,等.工藝參數(shù)對(duì)攪拌摩擦焊7022鋁合金殘余應(yīng)力及耐磨耐蝕性能的影響[J].航空材料學(xué)報(bào),2011,31(1):31-37.WANG H F,ZUO D W,SHAO D L,et al.Effect of process parameters on the residual stress and wear and corrosion resistance of 7022aluminium alloy by FSW[J].Journal of Aeronautical Materials,2011,31(1):31-37.

        [3]MISHRA R S,MA Z Y.Friction stir welding and processing[J].Materials Science and Engineering Review,2005,50(1-2):1-78.

        [4]GUERRA M,SCHMIDT C,MCCLURE J C,et al.Flow patterns during friction stir welding[J].Materials Characterization,2003,49:95-101.

        [5]LIECHTY B C,WEBB B W.Modeling the frictional boundary condition in friction stir welding[J].International Journal of Machine Tools & Manufacture,2008,48:1474-1485.

        [6]汪洪峰,左敦穩(wěn),王珉,等.厚板7022鋁合金攪拌摩擦焊接實(shí)驗(yàn)研究[J].功能材料,2010,41(11):2029-2033.WANG H F,ZUO D W,WANG M,et al.Experimental study on friction stir welded on thick plate of 7022aluminium alloy[J].Journal of Functional Materials,2010,41(11):2029-2033.

        [7]汪洪峰,左敦穩(wěn),王珉,等.7022鋁合金攪拌摩擦焊焊接區(qū)的組織與性能[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,38(11):12-16.WANG H F,ZUO D W,WANG M,et al.Microstructures and mechanical properties of welding zone of 7022aluminium alloy after friction stir welding[J].Journal of South China University of Technology:Natural Science Edition,2010,38(11):12-16.

        [8]汪洪峰,左敦穩(wěn),邵定林,等.退火溫度對(duì)7022鋁合金干摩擦性能的影響[J].深圳大學(xué)學(xué)報(bào):理工版,2010,27(2):172-177.WANG H F,ZUO D W,SHAO D L,et al.The effect of annealing temperature to the tribological property of 7022aluminum alloy[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2010,27(2):172-177.

        [9]汪洪峰,左敦穩(wěn),黃敏銘,等.不同溫度和應(yīng)變速率下的7022鋁合金流動(dòng)應(yīng)力研究[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào):英文版,2010,27(3):248-253.WANG H F,ZUO D W,HUANG M M,et al.High temperature rheological behavior of FSJ jointed region for 7022aluminum alloy[J].Transactions of Nanjing University of Aeronautics &Astronautics,2010,27(3):248-253.

        [10]ZUO D W,WANG H F,MIAO H,et al.Analysis on milling deformation of 7022aluminum alloy blank jointed by FSJ[J].Key Engineering Materials,2012,499:27-32.

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