7075鍛造鋁合金在飛機螺旋槳槳轂中運用

張平 胡慧君

摘要：針對國產(chǎn)7075鋁合金在飛機螺旋漿轂鍛造過程中，遇到材料雜質(zhì)問題、力學(xué)性能難達標(biāo)、粗晶難達標(biāo)和電導(dǎo)率難達標(biāo)技術(shù)難題進行了研究。通過工藝創(chuàng)新，在熔煉過程中采用雙級除氣加過濾溶體凈化新工藝。以及等壓、等量變形一火成形鍛造新工藝，還有熱處理采用多級時效新工藝。以實現(xiàn)飛機螺旋槳槳轂國產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞：槳轂鍛件;7075合金;雙級除氣;熱處理

1、控制雜質(zhì)元素Fe和Si。

1.1 Al-Zn-Mg-Cu系（7XXX）合金是超高強合金，該系鋁合金具有高的比強度和硬度、較好的耐腐蝕性能和較高的任性，而且耐久、經(jīng)濟、易加工和高科技冶金材料。故飛機螺旋槳槳轂鍛件采用的7075合金材料。但是其化學(xué)成分中有害元素為Fe、Si，它可能生成（Fe、Cr）3SiAl12、（Fe、Mn、Cu）Al6、CuFeAl7、和Mg2Si等粗大雜質(zhì)相。從而影響到7075的各項性能。主要表現(xiàn)在以下三個方面：（1）隨著Fe和Si的化學(xué)成分含量增大，各項性能逐漸減小。（2）Si的不利影響大于Fe，隨著Si化學(xué)成分含量增加，各項性能大幅度減小。（3）（Fe+Si）雜質(zhì)含量增加那么AlFeSi含量也增加，固鋁合金脆性大幅度增大。

1.2 配料使用純度為99.7%以上的鋁錠和不超過總用量30%的本合金廢料，所用中間合金雜質(zhì)含量嚴(yán)格控制，所有材料的外表面必須清潔。

熔煉合金化，選用20噸以下的電爐熔煉。每次放干、清爐、清理熔池，裝料嚴(yán)格按照工藝規(guī)程執(zhí)行合理分布，低氧化氣氛熔煉。

2、雙級除氣

目的通過凈化爐體熔體工藝技術(shù)，為了去除合金中有害的氣體、夾雜物、提高合金純潔度、使7075鋁合金鍛造材料達到標(biāo)準(zhǔn)要求。

雙級除氣工藝主要是：預(yù)除氣裝置DAC串聯(lián)在靜止?fàn)t與MINT除氣裝置之間。

熔體經(jīng)爐內(nèi)Ar-Cl2精煉靜置后，進入DAC預(yù)除氣裝置，預(yù)先去除一部分氣體，再沿切線方向進入MINT除氣裝置中。使其呈螺旋向下流動的熔體與反應(yīng)室底部向上噴射的Ar- Cl2氣體逆流“反應(yīng)”后再進入泡沫陶瓷過濾器，進一步除去鋁熔體中的氫、堿金屬和非金屬夾雜物。并用Telegas測氫儀對鋁熔體中的含氫量進行檢測，并獲得高純度的鋁合金。除氣的工藝參數(shù)：精煉爐內(nèi)溫度：750℃～760℃;氣體：Ar+F12（氟利昂氣體）;耗氣量：0.5～0.8L/kg.DAC除氣：溫度750℃～760℃;氣體：Ar+Cl2;耗氣量：1～1.5L/kg.MINT除氣：溫度750℃～760℃;氣體：Ar+Cl2;耗氣量：1～2 L/kg;泡沫陶瓷過濾。

3、鍛造工藝

3.1 成形工藝

7075鑄錠（直徑450mm×1500mm）通過100MN擠壓機擠壓成直徑為254mm的擠壓棒， 經(jīng)過低倍、力學(xué)性能和高倍檢測合格后方可作為槳轂鍛件。棒料尺寸符合圖紙要求。表面光潔，無任何缺陷。槳轂鍛件尺寸直徑為254mm厚度為18mm。經(jīng)過預(yù)鍛成形、終鍛成形、切邊成最終產(chǎn)品毛坯（如圖1所示）。

鍛造采用快速、等壓、等量變形，采用一火成形工藝。

鍛造工藝參數(shù)：

毛料加熱溫度：430～450℃，保溫時間：210分鐘;

模具加熱溫度：250～430℃，保溫時間：3-5小時;

鍛造溫度：430～450℃，?終鍛溫度：大于380℃。

3.2熱處理工藝參數(shù)：

固溶溫度： 470℃，固溶時間：2H。

時效溫度：110℃，8H;180℃，10H。

3.3 槳轂鍛件綜合性能

按照上述工藝生產(chǎn)出7075合金毛坯的全部力學(xué)性能指標(biāo)高于國軍標(biāo)GJB2351 航空航天鋁合金鍛件規(guī)范要求。電導(dǎo)率和硬度符合要求說明我們鍛件均勻性好。具體見表1

3.4槳轂鍛件金相組織

按照我們熱處理工藝和鍛造工藝以及成分配方可知我們槳轂鍛件金相組織高倍符合

QJ-1675和GB/T 3246.1要求，組織分布均勻，沒有出現(xiàn)過燒和高溫氧化等現(xiàn)象。而金相組

織低倍組織高于GB/T 3246.2要求，粗晶環(huán)厚度小于0.5mm。

4、結(jié)論

1、該工藝槳轂鍛件各項技術(shù)和質(zhì)量指標(biāo)均超過我國各項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2、該工藝槳轂鍛件特點是：采用降低Fe、Si含量，還有熔體雙級在線除氣處理和除氣過濾，用高效的氬氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中氬氣、氮氣和氯氣純化等。還有小爐（10T以下）鑄造。綜上所述這些技術(shù)保障了我們得到優(yōu)秀的毛坯。

3、采用該生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出7075鋁合金槳轂鍛件為幾百架飛機提供裝配。

4、改變傳統(tǒng)的用軋制板材機加工出7075鋁合金槳轂，成本高和使用壽命只有1000小時但是用鍛造7075鋁合金槳轂壽命高達5000小時以上而且還節(jié)約了200萬以上的成本。且質(zhì)量和壽命得到很好的保證。

（安徽卓爾航空科技有限公司?安徽?蕪湖?241000）