一家专注流体压力成形技术
【作 者】单嗣宏;张豪;张捷;陈思周;张保玲;江磊
喷射成形是一种快速凝固技术，其利用惰性气体雾化液态金属，并沉积获得金属锭坯。喷射成形技术将半连续铸造的厘米级基础凝固单元提升至微米级，获得的合金组织精细均匀、成分无宏观偏析，因此其多用于高成分、高性能合金材料的制备[1-5]。喷射成形圆锭的组织均为50um~80um尺寸的等轴晶，无粗大初生第二相或枝晶等高合金成分铝合金熔铸缺陷。喷射成形7055铝合金具有成分及组织均匀的特点，可用于锻件生产，且锻件单件整体性能一致、锻件批次间性能稳定。同时，7055超高强铝合金还因具有高强度、高韧性等特点，被广泛应用于航空航天、高速列车、城市轨道交通等领域，以减轻结构质量[6-8]。
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(载荷要求达到645 kN)时发生开裂。经确认，装配过程正常;将轮毅体装配完毕，进行装配度检测，然后进行静压试验。静压试验中，轮毅、轮胎、连接件等装配均符合设计与公差要求;工装设计与装配符合要求。静压试验示意如图1所示。
该锻件的生产工艺流程为:喷射成形锭坯~热加工挤压~热加工胎模锻~粗机加工~淬火处理~双级过时效热处理~精机加工~静压试验。笔者通过结合锻件的热加工锻造工艺、热处理工艺[9-10]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、断日及有限元模拟分析等方法，分析了该锻件开裂的原因[11]。同时还提出了有效的改进措施，以防此类失效的再次发生，为喷射成形7055超高强铝合金锻件的稳定生产、质量控制、试验环境适应性提供了保障。
【结 论】
该喷射成形7055超高强铝合金锻件在静压试验中提前开裂，属于一次性的过载断裂。该机轮锻件开裂的原因是:机轮设计不合理，导致定位孔和根部直角产生强烈的应力集中，随着机轮静压载荷的增大，机轮开始发生屈服变形，形成沿椭圆长轴向的拉应力;载荷继续增加，孔周围直角处尖端应力急剧增大，突破了材料的抗拉强度，产生裂纹，在过载的情况下，裂纹迅速扩展并沿整个圆周开裂。通过改进设计，减小应力集中，并优化热处理工艺，有效地提高了静压试验失效强度，满足验收要求。
以下是正文：
