[发明专利]一种7A55-T7751铝合金厚板孔挤压强化方法

说明书

技术领域

本发明是一种7A55-T7751铝合金厚板孔挤压强化方法，属于铝合金表面强化技术。

背景技术

7A55-T7751铝合金厚板是超高强铝合金中的杰出代表，具有600MPa级的超高强度、较好的断裂韧性和抗应力腐蚀性能，主要应用于机翼壁板、框、梁等关键承力构件，7A55-T7751铝合金厚板通常采用螺栓孔连接的干涉配合方式，由于合金的缺口敏感性高，在承受交变载荷时容易产生应力集中而断裂。因此，零件的失效多数以疲劳方式发生，特别是带螺栓孔的零件因孔边应力集中而发生的疲劳破坏。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种7A55-T7751铝合金厚板孔挤压强化方法，其目的是大幅度提高其疲劳性能，以满足飞机制造业的要求。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

该种7A55-T7751铝合金厚板孔挤压强化方法，其特征在于：7A55铝合金厚板制件的热处理制度是T7751，孔壁表面的光洁度为Ra1.6，将带锥度的金属芯棒插入孔中，对芯棒的端部实施机械压力，使芯棒的最大直径部位穿过制件的孔后停止加压，挤压量为2.5～4.5％，所谓挤压量是指制件孔直径的变形量与孔的原始直径的百分比。挤压量的优选值为2.5％。制件孔的孔边距≥1.7，所谓孔边距是指制件孔的中心到厚板边缘最近的距离与制件孔直径的比值。

本发明技术方案针对超高强7A55-T7751铝合金厚板的孔挤压强化工艺进行深入地研究，通过大量疲劳寿命试验，提出该种合金孔挤压强化工艺。该工艺能够显著改善合金的缺口敏感性，降低孔连接处的应力集中，改善合金的疲劳性能，满足飞机上壁板的使用要求。

本发明技术方案利用金属芯棒挤压孔壁，使7A55-T7751铝合金厚板的孔表面层产生压缩变形，造成很高的宏观残余压应力，使微观组织结构发生变化，并降低了孔表面粗糙度，从而大幅度提高了合金的疲劳寿命。

本发明的优点是：

1、改善了7A55铝合金厚板的缺口敏感性，从而提高了带孔机翼上壁板的疲劳性能；经本发明处理的7A55铝合金厚板疲劳寿命比未实施孔挤压强化处理制件的疲劳寿命提高了35倍以上。孔挤压后疲劳性能提高的原因在于，在孔壁强化层内造成很高的宏观残余压应力和微观组织结构的变化以及使孔表面粗糙度降低。在以上三种强化机制综合作用下，提高了制件孔壁强化层内的疲劳抗力，从而大幅度提高了挤压后7A55铝合金厚板的疲劳性能。

2、相对其他如喷丸强化和滚筒强化等方法，孔挤压强化提高了7A55-T7751铝合金厚板孔的强化均匀性，使制件疲劳性能明显提高；同时操作工艺简便，利于生产控制。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

该种7A55-T7751铝合金厚板孔挤压强化方法，7A55铝合金的化学成份及重量百分比见表1所示，7A55铝合金厚板制件的热处理制度是T7751，孔壁表面的光洁度为Ra1.6，将带锥度的金属芯棒插入孔中，对芯棒的端部实施机械压力，使芯棒的最大直径部位穿过制件的孔后停止加压，挤压量为2.5～4.5％，所谓挤压量是指制件孔直径的变形量与孔的原始直径的百分比。制件孔的孔边距≥1.7，所谓孔边距是指制件孔的中心到厚板边缘最近的距离与制件孔直径的比值。

表2给出4个(1～3)采用本发明工艺挤压7A55-T7751铝合金厚板的疲劳寿命、1个(4)未挤压状态下制件的疲劳寿命和3个(5～7)其它挤压工艺下制件的疲劳寿命。试验结果说明，采用本专利工艺挤压后，7A55-T7751铝合金厚板制件的疲劳寿命提高了35倍以上，其中经2.5％的过盈量挤压后，其疲劳寿命提高了76倍，远好于未挤压强化时合金的疲劳寿命。使用结果进一步说明孔挤压工艺能够显著改善合金的缺口敏感性，为该合金在飞机结构件上的应用奠定了良好的工艺基础。

表1 7A55-T7751铝合金厚板合金成分