基于同步冷却热成形工艺的可热处理高强铝合金板料的成形性能研究

铝合金是汽车、飞机和航天器轻量化的首选材料，其在汽车、航空航天领域的应用十分广泛。为了解决铝合金板料室温成形性能差的关键问题，本项目采用试验研究、各种相关理论（板料屈服准则、板料失稳准则及损伤力学理论等）的分析推导、数值模拟及人工智能预测相结合的方法，以三种系列的典型可热处理变形铝合金为研究材料，进行基于同步冷却热成形的可热处理铝合金板料的成形性能研究。通过本项目的深入研究，拟达到如下的研究目标：.基于同步冷却热成形的工艺新方法，解决该类型铝合金的成形性差的关键问题，并建立热力耦合及固溶（淬火）条件下的热成形极限判据，实现对典型可热处理高强铝合金板材同步冷却热成形过程的可成形性和缺陷的科学预报，为该类铝合金合金板材热成形的模具设计、工艺设计及成形工艺过程的数值模拟分析提供科学依据。

发展先进制造技术以实现结构轻量化，已成为当今航空航天、汽车工业等领域的研究热点。为实现这一目标，一种方式是利用全新的设计理念，优化设计，简化结构，减轻重量; 另一种则是使用高比强度的轻质材料，实现材料轻量化，如高强钢以及铝、镁、钛等轻质高强合金。然而，轻质高强合金在室温下的成形性能差、回弹大，利用传统的加工方法很难成形形状复杂的零件，限制了其进一步运用。通常需要采用提高成形温度的方法来改善此类材料的成形性，提高其塑性变形能力。但传统的温成形及热成形工艺方法都存在着工艺适应性差或性能下降等明显的局限性。因此，寻求一种既改善成形性又能降低成本、且可保持高强度的工艺方法具有重要的应用价值。. 本项目借鉴高强钢的同步淬火热成形工艺，提出了可热处理高强变形铝合金的同步冷却（淬火）热成形新工艺，并基于同步冷却热成形工艺，以可热处理高强铝合金（2024、6016、7075）为研究对象，进行了包括在热处理温度范围内的不同温度下的热变形特性、不同温度及冷却速度下的成形性能试验、冷却速度对变形特性及微观组织演变的影响规律、时效参数对成形特性及微观组织演变的影响规律、同步冷却的热-力-组织耦合有限元分析及同步冷却（淬火）热成形模拟件等方面的深入研究。. 本项目研究取得了如下重要结论：1、同步冷却（淬火）弯曲成形工艺在保证零件基本性能的条件下，可以显著地提高成形性及减小回弹，从而提高零件成形精确度；2、可热处理高强铝合金在同步冷却条件下存在不连续屈服现象，其本构关系建立时应考虑不连续屈服。本项目研究取得了如下突破：1、建立了用于铝合金等轻质高强合金的同步冷却（淬火）试验系统；2、初步建立了同步冷却热成形工艺条件下的铝合金板料的屈服、失稳及成形极限预测模型、同步冷却热成形工艺后续时效强化预测模型；3、开发了基于ABAQUS的同步冷却（淬火）热-力-组织耦合有限元分析模块。. 本项目研究取得了如下重要成果：1、培养硕士研究生5名（已毕业3名、在读2名）、博士研究生2名（在读）；2、发表学术论文7篇（其中SCI收录3篇、EI收录2篇）；3、发明专利授权2项、实用新型专利授权2项；4、参加国际学术交流3次。