[發明專利]一種快速提升7系航空鋁合金疲勞壽命的方法

在審

• 申請號: 202010534599.2
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN112662966A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 尹飛
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明涉及一種提升鋁合金材料疲勞壽命的方法。一種快速提升7系航空鋁合金疲勞壽命的方法，其特征在于：利用高頻超聲波信號(20KHz～10000KHz)激發直徑為1mm～5mm的鋼球以高速(1m/s～50m/s)往復循環沖擊鋁合金材料表面(鋼球數量為1～100個，最佳為10～40個)，往復循環沖擊鋁合金材料表面總時間為10s?60s。該方法具有對金屬材料表面的損傷小、效率高、效果顯著以及設備簡易的優點，能夠在極短(10s?60s)的時間內實現鋁合金疲勞壽命成倍的提升。

技術領域

本發明涉及一種提升鋁合金材料疲勞壽命的方法，具體涉及一種快速提升7系航空鋁合金疲勞壽命的方法及其裝置。

背景技術

鋁合金具有較高的比強度、優異的抗腐蝕性能及延展性。廣泛應用于汽車、航空航天結構零部件的制造。

中國專利申請號CN201610128715.4，公開了一種提高金屬工件疲勞壽命的超聲強化方法及其應用。通過將金屬工件裝夾在超聲波加工機床上，利用超聲波加工刀具對金屬工件表面進行超聲加工，超聲強化方法重點在于通過調整超聲波加工刀具對待加工工作面的不同壓力來實現對金屬工件表面預置壓應力，最終達到消除殘余應力，提高疲勞壽命的目的。同時該超聲強化方法能使金屬工件表面晶粒細化，表面顯微硬度提高，耐磨性和耐腐蝕性提高，從而大幅提高工件的疲勞壽命。而現有的超聲加工方法主要用來降低金屬工件表面的粗糙度，使金屬工件表面達到鏡面效果，通過本發明的超聲強化方法可有效改善了金屬工件的表面性能，其效果明顯優于現有的超聲加工方法。

中國專利申請號，公開了。通過處理局部焊縫的殘余應力實現，包括以下步驟：獲得焊縫的應力分布圖，根據應力值，確定相應危險工況下焊縫的局部危險位置；獲得相應危險工況下，局部危險位置處的焊接殘余應力分布圖；結合焊接殘余應力分布圖，并對局部危險位置處殘余拉應力對疲勞強度的影響進行預估，根據焊接殘余應力確定焊接殘余應力的處理方法及工藝參數，并對所述局部危險位置進行處理。在步驟D中，所述焊接殘余應力的處理方法包括超聲波沖擊法；所述工藝參數包括沖擊時的力值；所述力值范圍320MPa-390MPa。通過確定焊縫殘余拉應力最大的局部危險位置并針對該局部危險位置進行處理，從而精準的提高了該動臂結構的疲勞壽命。

現有的提升金屬工件疲勞壽命的方法，不能夠在極短(10s-60s)的時間內大幅提高金屬工件疲勞壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速提升7系航空鋁合金疲勞壽命的方法及其裝置，該方法具有對金屬材料表面的損傷小、效率高、效果顯著以及設備簡易的優點，能夠在極短(10s-60s)的時間內實現鋁合金疲勞壽命成倍的提升。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種快速提升7系航空鋁合金疲勞壽命的方法，其特征在于：利用高頻超聲波信號激發鋼球以1m/s～50m/s高速往復循環沖擊鋁合金材料表面，往復循環沖擊鋁合金材料表面總時間為10s-60s。

所述高頻超聲波信號為20KHz～10000KHz。

所述鋼球的直徑為1mm～5mm。

所述鋼球數量為1～100個。

所述鋁合金材料可由其他金屬材料代替(也可提升其他金屬材料的強度及疲勞壽命，例如不銹鋼、鈦合金、銅合金、鎂合金或高熵合金等材料)。

所述鋁合金材料可為棒狀或具有復雜回轉體幾何形狀的零部件(除了能夠提升“棒狀”簡單零部件的強度和疲勞壽命以外，也可以大幅度提升具有復雜回轉體幾何形狀的零部件，例如齒輪、軸承等等)。

所述鋁合金材料作回轉體旋轉運動，加超聲波沖擊的復合運動模式進行保護；旋轉速度范圍為：1rpm～100000rpm低速、中速、高速以及超高速。