Page 78 - 理化检验-物理分册2022年第五期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202205015

喷射成形 7055 超高强铝合金锻件开裂原因

单嗣宏,张 豪,张 捷,陈思周,张保玲,江 磊

( 江苏豪然喷射成形合金有限公司,镇江 212000 )

摘 要: 某航空机轮用喷射成形 7055 超高强铝合金锻件在静压试验中提前开裂。结合锻件的
热加工锻造工艺、 热处理工艺和静压试验条件, 采用宏观观察、 电导率测试、 力学性能测试、 低倍组
织检验、 金相检验、 断口及有限元模拟分析等方法, 分析了锻件开裂的原因。结果表明: 该锻件在静
压试验中开裂的失效模式属于一次性的过载断裂; 由于其定位孔较深、 根部直角应力集中, 在螺栓
定位孔径根部萌生裂纹, 尖角处机轮锻件流线对裂纹的形成与扩展有促进作用。减小定位孔深度、
增加孔径根部圆弧过渡处圆角、 优化热处理工艺可以有效地提升该锻件静压试验的失效强度, 使其
满足验收要求。

关键词: 7055 铝合金;喷射成形;锻件;失效分析;过载断裂;应力集中

中图分类号: TG146.2+1 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 05-0062-05

Crackin g reasonsofs p ra y formin g 7055su p erhi g hstren g thaluminumallo y for g in g s

,
,
SHANSihon g ZHANGHao , ZHANGJie , CHENSizhou , ZHANGBaolin g JIANGLei

( Jian g suHaoranS p ra yFormin gAllo yCo. , Ltd. , Zhen j ian g212000 , China )

Abstract : As p ra yformin g7055ultra-hi g hstren g thaluminumallo yfor g in gforanaviation wheelp roduct

crackedearl y inthestatic p ressuretest.Combinedwiththehotworkin g for g in gp rocess , heattreatment p rocessand

staticp ressuretestconditionsofthefor g in g , thecrackin greasonsofthefor g in g wereanal y zedb y meansof

macrosco p icobservation , electricalconductivit y test , mechanical p ro p ert y test , metallo g ra p hic examination ,

microstructureobservation , fractureanal y sisandfiniteelementsimulationanal y sis.Theresultsshowthatthe

failuremodeofstaticp ressuretestcrackin gofthefor g in gbelon g edtoone-timeoverloadfracture.Duetothedee p

p ositionin gholeandtheri g htan g lestressconcentrationattherootofthefor g in g , cracksinitiatedattherootofthe

bolt p ositionin ghole , andthestreamlineofthe wheelfor g in gattheshar pcornerp romotedtheformationand

p ro p a g ationofthecracks.Thefailurestren g thofthefor g in gh y drostatictestcouldbeeffectivel yim p rovedb y

reducin g thede p thofthep ositionin ghole , increasin g thefilletofthecirculararctransitionattherootofthehole ,

ando p timizin g theheattreatment p rocesstomeettheacce p tancere q uirements.

Ke y words : 7055aluminumallo y ; s p ra y formin g ; for g in g ; failureanal y sis ; overloadfracture ; stressconcentration
喷射成形是一种快速凝固技术, 其利用惰性气 金熔铸缺陷。喷射成形 7055 铝合金具有成分及组
体雾化液态金属, 并沉积获得金属锭坯。喷射成形 织均匀的特点, 可用于锻件生产, 且锻件单件整体性
技术将半连续铸造的厘米级基础凝固单元提升至微 能一致、 锻件批次间性能稳定。同时, 7055 超高强
米级, 获得的合金组织精细均匀、 成分无宏观偏析, 铝合金还因具有高强度、 高韧性等特点, 被广泛应用
因此其多用于高成分、 高性能合金材料的制备 [ 1-5 ] 。 于航空航天、 高速列车、 城市轨道交通等领域, 以减
喷射成形圆锭的组织均为 50 μ m~80 μ m 尺寸的等 轻结构质量 [ 6-8 ] 。

轴晶, 无粗大初生第二相或枝晶等高合金成分铝合 在某喷射成形 7055 超高强铝合金机轮锻件的
静压试验中, 螺栓定位孔位置出现沿周向扩展的穿
透性裂纹。静压试验时, 在载荷只有 629kN ( 载荷

收稿日期: 2021-08-05
作者简介: 单嗣宏( 1990- ), 男, 工程师, 主要从事喷射成形超高
要求达到 645kN ) 时发生开裂。经确认, 装配过程
强铝合金和铝锂合金的基础研究与失效分析, j ourne y ssh@ qq .com
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