[發明專利]一種大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理變形控制工裝及方法

在審

• 申請號: 202111274839.0
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114134304A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 杜玥;溫濤;范文利;馬鵬程;陳永來;姚草根;沈正章;尹嘉明
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C21D9/00
• 分類號: C21D9/00;C21D1/62;C22F1/04;C21D11/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 孫建玲

本發明提供了一種大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理變形控制工裝及方法，針對大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體的結構特點和其材料特性，設計了熱處理變形控制工裝，采用了圓臺底座+多層支撐圓環+限位頂塊的結構設計，保證了熱處理變形控制工裝與殼體在熱處理過程中良好的輪廓特征匹配關系，利用“內撐外限”的方式，實現了2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理過程的整體尺寸變化控制。另外，匹配合理的淬火溫度、淬火轉移時間等熱處理工藝參數，在達到淬火效果的條件下，實現整體淬火應力分布控制，避免殼體輪廓型面塌陷變形，降低口部橢圓變形程度，提高了熱處理后旋壓殼體的尺寸精度，保證了內外型面加工余量滿足后續加工需要。

技術領域

本發明涉及一種大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理變形控制方法，屬于先進材料技術領域，所述的大規格是指旋壓殼體的內徑不小于Φ3000mm、旋壓殼體的高度不小于H1000mm、旋壓殼體的壁厚δ20～30mm，所述的旋壓殼體是指通過旋壓成形工藝制備的殼體。

背景技術

隨著航天型號發展，新一代運載火箭需要進一步提高結構效率與運載能力，這就對箭體結構，尤其是結構重量占比較大的貯箱結構，提出了迫切的減重要求。采用2195鋁鋰合金替代常規的2A14、2219等鋁合金，通過結構優化設計可使貯箱結構減重10％以上，同時采用先進的整體旋壓精密成形工藝實現貯箱箱底殼體的制造，不僅減少了焊縫，提高了結構可靠性和性能，而且還規避了瓜瓣拼焊所引起焊接部位增重，進一步降低貯箱結構重量，是未來航天運載火箭貯箱制造重要的發展方向。

經過旋壓成形后的大規格2195鋁鋰合金殼體件內徑不小于Φ3000mm、高度不小于H1000mm、壁厚δ20～30mm。為了使其達到設計要求的力學性能，需要采用固溶處理—淬火—時效處理的T6熱處理工藝制度進行組織性能調控。經過固溶淬火后，構件內部存在較大應力，淬火工藝參數對構件應力分布和變形控制起到關鍵作用。同時，大直徑薄壁橢球形半球殼體的結構特征加劇了應力分布不均勻性和變形控制難度，最終容易出現圓周方向橢圓變形和輪廓型面的塌陷變形，直接導致內型面或外型面加工余量不足，無法加工出合格的貯箱箱底。

綜上，需要提出一種大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理變形控制方法，對Φ3000mm級大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理過程進行整體控制，減少其熱處理變形，保證加工余量滿足后續加工要求。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理變形控制工裝及方法，針對大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體的結構特點和其材料特性，設計了熱處理變形控制工裝，采用了圓臺底座+多層支撐圓環+限位頂塊的結構設計，保證了熱處理變形控制工裝與殼體在熱處理過程中良好的輪廓特征匹配關系，利用“內撐外限”的方式，實現了2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理過程的整體尺寸變化控制。另外，通過對坯料結構尺寸和工裝結構精確設計、同時匹配合理的淬火溫度、淬火轉移時間等熱處理工藝參數，在達到淬火效果的條件下，實現整體淬火應力分布控制，避免殼體輪廓型面塌陷變形，降低口部橢圓變形程度，提高了熱處理后旋壓殼體的尺寸精度，保證了內外型面加工余量滿足后續加工需要。本發明操作過程簡單，具有較強的可操作性和實用性，從而完成本發明。

本發明提供的技術方案如下：

第一方面，一種大規格2195鋁鋰合金旋壓殼體熱處理變形控制工裝，包括圓臺底座、N層中間支撐環、頂部支撐環、中心支撐桿和限位頂塊；

所述圓臺底座為帶加強筋的環狀凸臺結構，分為上下兩段，上段為內徑3100～3150mm、外徑3290～3310mm、高度60～100mm的圓環，下段為內徑3100～3150mm、外徑3500～3550mm、高度50～80mm的圓環；加強筋分布于圓臺底座中間區域；

所述N層中間支撐環均為中間帶加強筋的圓環結構，外表面根據殼體內壁輪廓設置為斜面，N組中間支撐環為水平放置，其中一層中間支撐環的底面距離圓臺底座下段部分上端面的距離為400～450mm；加強筋分布于圓臺底座中間區域；