6061铝合金预拉伸板研究：拉伸量与残余应力关系分析，优化加工变形控制

一所工厂产出了那种6061预拉伸板，这里面其拉伸量的给定情况，仅仅规定出了1.5%至3.0%这样一个拉伸范围而已，并没有依照板材规格而展开给定拉伸量的调整操作，最终致使铝合金预拉伸板在使用以及加工进程当中，因为残余应力过大从而发生了严重变形。所以，非常急切地需要针对相应厚度规格的预拉伸板拉伸量与残余应力匹配关系去展开一番研究。将工业化生产的实际状况予以结合，针对典型厚度规格为60mm的6061铝合金预拉伸板，且该预拉伸板经过了不同的拉伸量，开展那残余应力的检测工作，再以这检测结果去分析其残余应力消除效果同拉伸量之间所存在的关系，从而为获取到加工变形较小的铝合金板给予参考 。

实验材料及所用仪器

以某厂产出的、厚度为60mm的6061铝合金厚板当作试验材料，这3块预拉伸板材全都运用相同的生产工艺来制备，该生产工艺是，先进行铣面，接着加热，然后轧制，再进行淬火，最后拉伸。

这套仪器运用的是聚航科技所制造的JHMK残余应力检测系统，它是由JHYC静态应变仪以及JHZK残余应力钻孔装置共同构成，能够进行多点检测，通过软件加以设置，可自动且实时地计算残余应力，还能实时显示以及保存应力应变数值，以便生成残余应力报告。

试验方案

在板材经过淬火之后，针对其开展不同比例的预拉伸操作，比例分别为1.5%、2.0%以及2.5%，之后运用JHZK残余应力专用钻孔装置，在每一张板材之上钻取2个孔，接着使用JHYC静态应变仪，对其长度方向以及宽度方向的残余应力值进行分别测量，借此获取该合金、此规格下最小残余应力所对应的拉伸量，随后把试验所得到的较为优良的拉伸量应用于工业化生产之中，对用户加工过程中的变形情况予以跟踪，以此来验证该拉伸量的适用性。

残余应力检测过程

对铝合金板材进行表面处理，接着把专用箔式应变片粘贴于铝合金板材表面，之后将应变花连接到静态应变仪上且进行调零，再把钻具安装在构件上并使其对准应变花中心，随后进行钻孔以及扩钻，然后二次分别读取释放应变值，最后计算残余应力。

测量结果

经过试验，结果得以显示，对于厚度规格大概在60mm左右的6061铝合金板厚板，在经过大概1.9%的拉伸量之后，它的残余应力值是比较小的。

适用性验证结果

依据试验得出的结果，把厚度大概为60mm的6061铝合金厚板拉伸量确定为2.0%，开展该合金以及此规格的生产验证工作。一共进行生产了36批厚度在60mm左右规格的6061预拉伸板，它的实际拉伸量大约在1.8%至2.1%之间，经过实际使用证实其加工变形程度和进口材料是差不多的。工业化验证所获得的结果显示，对于60mm 左右规格6061预拉伸板来讲，采用大概1.9%的拉伸量，其残余应力消除的效果是比较好的。

分析与讨论

面对铝合金来讲，淬火残余应力关键是冷却之际巨大的温度梯度所引发的热应力，淬火刚开始之时，加热好的板材迅速进入淬火区，这时鉴于板材表层金属冷却速率比内层金属大，表层金属骤冷急剧收缩，因板材的整体连续性，所以表层金属产生拉应力，内层金属则产生压应力，随着板材进一步冷却，最终是内层金属骤冷急剧收缩，致使应力重新分配，最后造成表层金属有残余压应力，内层金属有残余拉应力。板材在淬火之后 ，其残余应力的大小 ，以及分布情况 ，与金属本身所具有的特性 ，还有淬火之前的应力分布状况 ，淬火之时的温度 ，冷却的速度等诸多因素 ，存在着密切的关联 。也就是说 ，不同的合金 ，经过不同的工艺 ，诸如轧制、淬火等之后 ，其表层以及内层所具有的残余应力 ，彼此之间是不一样的 。本次进行实验的时候 ，所选用的3块试验材料 ，均是运用了相同的铸锭 ，采用了相同的生产工艺 ，在淬火之后 ，这些板材的残余应力是一致的 ，因而 ，借助检测经过不同拉伸量的板材的残余应力状况 ，能够对拉伸量对于残余应力消除所产生的效果进行验证 。

对淬火后的板材开展预拉伸，其本质是借助外加拉伸力同原本的淬火残余应力相互作用，进而产生新的塑性变形，以此释放并削减残余应力，最终实现新的内应力平衡。对淬火后的板材予以拉伸，不管是受压应力的表层金属，还是受拉应力的内层金属，它们在外力作用下都会产生变形，当所施加的拉伸力超出该金属的弹性极限后，便会出现塑性变形。随着拉伸持续进行，表层金属从压应力逐渐转变为拉应力，而内层金属则受到拉应力的影响。松开夹具，是在拉伸量达到一定值之后，此时铝合金板会发生弹性恢复，只留下塑性变形，回弹过程中应力会释放。拉伸量太小，板材要么仅作弹性变形，要么有较小的塑性变形，其塑形变形产生的应力，无法抵消原有的淬火残余应力，残余应力值依旧较大。拉伸量增加，到某恰当值时，理论上其残余应力可接近0MPa。拉伸量继续增加，板材的过量塑性变形会产生额外应力叠加，进而让最终的残余应力消除效果减弱。所以，要想得到较好的残余应力消除成效，就得合理地搭配预拉伸时的拉伸量，倘若拉伸量给定过大或者过小，那残余应力消除效果都不太理想。由表1能够看出，在本试验里，1#板材实际拉伸量是1.5%，其在长度方向的残余应力为36.8MPa，在宽度方向的残余应力是60.68MPa，残余应力值比较大，主要原因是塑性变形比较小，在回弹过程中应力释放得不够充分。2#板材实实在在的拉伸量是1.9%，它在长度方向有着残余应力26.78MPa，在宽度方向存在残余应力46.02MPa，残余应力的值是比较小的，这是因为塑性变形处于适中的状态，塑性变形所引发的新应力较为不错地抵消或者消减了原本的淬火残余应力。3#板材，其实际拉伸量是2.4%，在长度方向上，残余应力为55.97MPa，在宽度方向上，残余应力是87.84MPa，残余应力的值比较大，这是由于在内应力处于平衡状态之际，还继续增加拉伸量，过量的塑性变形产生了额外的应力叠加，进而使得最终的残余应力消除效果被减弱。从残余应力检测结果能够明显看出，从生产验证结果也能够明显看出，对于60mm厚度的6061铝合金厚板，采用1.9%左右的拉伸量，其残余应力消减效果较好 。

结论

如需更优地削减预拉伸板残余应力，那就应当匹配适宜的拉伸量，要是拉伸量过大，它的残余应力削减效果不理想，要是拉伸量过小，其残余应力削减效果同样不理想。

历经1.9%拉伸量，对于60mm厚实心且为6061材质的铝合金板而言，其残余应力消减成效较为良好，该板材残余应力数值大约定于45MPa处，就是这样 。