[发明专利]一种7055铝合金复杂结构零件的加工制造方法

说明书

本发明公开了一种7055铝合金复杂结构零件的加工制造方法，通过对粗加工零件结构的优化及后续的热处理参数优化，大幅度减小了应力集中水平，有效防止了7055铝合金零件在粗加工后淬火时出现变形和开裂；通过对热处理工艺及机加工工序和参数进行全流程控制，有效减小了复杂零件的加工变形，提高了零件的加工效率及合格率。

技术领域

本发明涉及一种7055铝合金复杂结构零件的加工制造方法，属于有色金属加工工艺领域。

背景技术

有色金属材料因其轻质和较好的综合性能，在航天运载器中得到了广泛应用，为大承载，高可靠、高费效比主承力结构件的研制起到了关键作用。虽然复合材料在航天运载器上的使用比例逐年增加，但是在液体运载火箭主体结构材料仍以金属材料为主，其中有色金属材料占90％以上，铝合金则占到80％。先进的铝合金作为运载火箭主体结构材料实现了结构减重，提高运载火箭起飞推重比。

高强度7055铝合金作为迄今工程化使用的最高强度的铝合金材料，在航天运载器上具有广泛的应用前景。7055铝合金属可热处理强化的7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)铝合金，具有比强度高、塑性好、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天领域。7055合金元素含量较高，采用半连续铸造工艺生产的7055铝合金，存在成分偏析、晶粒粗大、组织缺陷等问题，制约了材料的工程应用。喷射成形技术具有组织致密度高，晶粒细小均匀，能够抑制偏析等优点，可获得性能优良的合金，并且加工流程短，成本低、流程短、经济效益好，环境污染少，能够在工业大型生产中应用。使用7055合金能显著减轻结构的质量，在要求抗压强度高、耐腐蚀性能好的各种场合，有着大量的应用。目前美国已将7055铝合金板材成功应用于波音777飞机上翼结构，将型材和锻件应用于龙骨架、行李轨道和座椅轨道结构；国内在某战略型号导弹主承力结构件上也应用了7055铝合金材料，取代了部分传统铝合金和钛合金产品。

作为热处理强化型铝合金，7055合金需经过固溶时效处理以达到所需的力学性能。7055合金峰时效(T6态)虽然强度较高(抗拉强度可达700MPa以上)，但材料的残余应力水平较高，应力腐蚀敏感性大，在实际复杂工况条件下容易产生开裂。采用双级时效处理工艺(T76、T74、T73等)可降低材料的应力水平，提高抗应力腐蚀性能。随着二级时效时间的延长，虽然材料的强度逐渐降低，但抗应力腐蚀性能得到提高，残余应力水平也逐渐降低。

在航天工业领域，如果继续采用传统铝合金(2A14、7075)加工生产结构件，就已无法满足新型号的战术指标要求，因此必须使用比强度更高的材料实现结构减重。国外7055合金多加工成T7751状态的厚板和T7751状态的挤压件。使用7055合金能显著减轻结构的质量，在要求抗压强度高、耐腐蚀性能好的各种场合，有着大量的应用。目前美国已将7055铝合金板材成功应用于波音777飞机上翼结构，将型材和锻件应用于龙骨架、行李轨道和座椅轨道结构；国内在某些固体导弹发动机燃烧室壳体、喷管等结构中也应用了7055铝合金。

7055铝合金中合金元素含量高，溶质元素易脱溶析出形成平衡相，材料具有较强的淬火敏感性。航天产品零件所用原材料规格较厚，要保证淬透性和产品性能均匀，产品采取将零件粗加工至一定尺寸后，再进行固溶时效热处理的工艺方法，一般采用的淬火介质为室温水。但是在淬火过程中，由于零件自身结构和淬火应力的存在，水冷可能导致铝合金零件在淬火过程中发生较大变形甚至开裂而直接报废。7055合金由于元素含量高、残余应力大，更容易出现开裂现象。另外，残余应力对零件后续机加工也有较大的影响。因此，对7055合金复杂结构零件的热处理及机加工过程进行控制至关重要。

超高强7055合金元素含量高，强度高，复杂零件淬火和机加工过程中的应力较大，容易引起变形甚至开裂，对于薄壁带加强筋型的零件，在薄壁结构处的应力加大，刚性也较差，容易导致在装卡及加工过程中产生变形。其加工制造方法与普通铝合金相比，在加工流程、工艺参数和热处理等各方面的工艺及性能上存在明显差异。对加工流程路线的安排、加工参数的选择、刀具类型等提出了更高要求。