缪海平，王金亮，陈慧琴

(太原科技大学材料科学与工程学院，太原 030024)

高强铝合金厚板具有比重小、比强度和比刚度大等一系列优点，广泛应用于航空航天、武器装备、汽车等行业中[1]。铝合金厚板经固溶淬火时效后有大量弥散强化相析出，可使其强度显著提高[2]。但是淬火剧烈的冷却过程极容易在厚板中产生严重的淬火残余应力，使厚板在后续机械加工时出现弯曲和翘曲变形，进而影响厚板锻件的断裂韧度、抗应力腐蚀等性能等[3-7]。因此，为了满足工业的需要，控制高强铝合金厚板淬火残余应力的大小具有非常重要的意义。

1 淬火过程温度场的数学模型

淬火过程工件温度场满足下述瞬态非线性热传导方程[8]:

边界条件:

上式中，T、T0、T∞分别为瞬时温度、初始温度和介质温度;kx、ky、kz、ρ分别表示材料 x、y、z方向的导热系数及密度;t为时间，Q为热源即相变潜热和塑性功生成热，h为构件与淬火介质的换热系数，nx，ny，nz是材料沿 X，Y，Z 方向的单位法向矢量。

对于淬火过程，材料的全应变增量可表示为[10]:

式(4)中，上标 e、p、t、tr和 tp分别表示弹性、塑性、热、相变、相变塑性。在淬火中，最大变形量在2% ～3%，属于小变形范围，其平衡方程为:

式(6)－式(10)中，Dep是弹塑性刚度矩阵，De是弹性刚度矩阵，BT是几何矩阵B的转置矩阵，NE是单元数目，{α}是由温度引起的膨胀系数向量，βi是由相变引起的膨胀系数向量，K是相变塑性系数，ξi是相变的体积分数，σ是应力，T是淬火零件的温度。

2 淬火过程的有限元模拟分析

2.1 计算模型的建立

运用有限元软件deform模拟高强铝合金厚板在淬火过程中的温度场与应力场。……