1、 精 密 成 形 工 程 第 15 卷 第 4 期 74 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2023 年 4 月 收稿日期：20220320 Received：2022-03-20 作者简介：尹佳（1981），男，硕士。Biography：YIN Jia(1981-),Male,Master.引文格式：尹佳,胡彦华,徐刚,等.喷丸成形压力对 7B50T7751 铝合金力学性能的影响J.精密成形工程,2023,15(4):74-82.YIN Jia,HU Yan-hua,XU Gang,et al.Effects of Shot Peening Fo
2、rming Pressure on Mechanical Properties of 7B50-T7751 Alu-minum AlloyJ.Journal of Netshape Forming Engineering,2023,15(4):74-82.喷丸成形压力对 7B50T7751 铝合金力学 性能的影响 尹佳，胡彦华，徐刚，张炜，姜伟（中航西安飞机工业集团股份有限公司，西安 710089）摘要：目的目的 研究 7B50T7751 铝合金在不同喷丸成形压力下力学性能的变化规律，探究喷丸成形压力对材料表面形貌、疲劳寿命及静力性能的影响。方法方法 在不同的喷丸成形压力（0.42、0.50
3、MPa）下对 7B50T7751铝合金进行处理，分析材料的表面形貌。在此基础上，通过细节额定疲劳基准值和截止值进行计算，并进行压缩试验，结合铝合金材料在喷丸前后应变层的位错密度和形态，分析喷丸成形压力对合金材料疲劳寿命和静力性能的影响。结果结果 与未喷丸试件相比，在 0.42 MPa 的成形压力下，合金材料的疲劳寿命和静力性能均有所提高。喷丸成形之后，材料表层引入了一定深度的残余压应力层，形成位错密度较大的加工硬化组织，阻碍裂纹扩展，宏观上提高了材料的强度。在 0.50 MPa 的成形压力下，材料表面更加粗糙，裂纹易在晶粒连接薄弱处萌生，导致合金材料的疲劳寿命有所降低。结论结论 随着喷丸成形压
4、力的增大，合金材料的疲劳寿命先增大后减小，抗压强度有所增大。在 0.50 MPa 的成形压力下，部分裂纹易于在弹坑边缘萌生，在一定程度上会降低合金材料的疲劳强度。关键词：喷丸成形压力；7B50T7751 铝合金；力学性能；疲劳寿命；抗压强度 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.009 中图分类号：TG668 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)04-0074-09 Effects of Shot Peening Forming Pressure on Mechanical Properties of 7B50-T7751 Aluminu
5、m Alloy YIN Jia,HU Yan-hua,XU Gang,ZHANG Wei,JIANG Wei (AVIC Xian Aircraft Industry Group Company Ltd.,Xian 710089,China)ABSTRACT:The work aims to study the change law of mechanical properties of 7B50-T7751 aluminum alloy under different shot peening forming pressure,investigate and the effects of s
6、hot peening forming pressure on the surface morphology,fatigue life,and static properties of the material.The 7B50-T7751 aluminum alloy was treated under different shot peening forming pressure(0.42,0.50 MPa),and the surface morphology of the material was analyzed.Based on this,the effects of shot p
7、eening forming pressure on the fatigue life and static properties of the material were analyzed through base and cutoff values calculated through the detailed fatigue rating(DFR)method,as well as compression tests,combined with the dislocation density and mor-phology of the strain layer before and a
8、fter shot peening.Compared with the unpeened specimens,the fatigue life and static 第 15 卷 第 4 期 尹佳，等：喷丸成形压力对 7B50T7751 铝合金力学性能的影响 75 properties of the alloy were improved under forming pressure of 0.42 MPa.After shot peening,a residual compressive stress layer of certain depth was introduced into th
9、e surface layer of the material,forming a work-hardened structure with high disloca-tion density,hindering crack growth,and improving the strength of the material macroscopically.Under forming pressure of 0.50 MPa,the surface of the material became rougher,and cracks were prone to initiate at weak g
10、rain connections,resulting in a decrease in the fatigue life of the alloy material.With the increase of the shot peening forming pressure,the fatigue life of the alloy material increases first and then decreases,and the compressive strength increases to some extent.Under forming pressure of 0.50 MPa
11、,some cracks are prone to initiate at the edge of the crater,which to some extent reduces the fatigue strength of the alloy material.KEY WORDS:shot peening forming pressure;7B50-T7751 aluminum alloy;mechanical properties;fatigue life;compressive strength 7B50T7751 铝合金是在 7050 铝合金的基础上通过增大 Cu 元素的含量及 Zn
12、 与 Mg 的比例等方法而研制的新型高强度铝合金，其具有密度低、比强度高、加工性能好等特点，是用于制造飞机整体框架、梁、接头等关键承力结构件的理想材料1-5。结合开发的T77 三级时效热处理工艺，在强度达到 600 MPa 以上时，该合金还具有优良的断裂韧性、抗应力腐蚀性能及良好的淬透性6-10。由于疲劳断裂一般始于零件表面，采用合理的表面强化工艺可有效提高铝合金的抗疲劳性能，其中使用最多的是喷丸技术。喷丸技术通过在零件表面引入残余压应力场，可以抵消疲劳载荷中的部分拉应力，并使零件表面产生加工硬化，可有效提高铝合金的疲劳极限11。残余压应力场在改善材料表层组织结构及性能的同时，也会对材料的静力
13、性能产生影响。研究表明，随着喷丸强度的提高，残余压应力场深度和最大残余压应力深度均呈逐渐增大的趋势。然而，过高的喷丸强度导致喷丸后工件表面的粗糙度增大，甚至使工件表面产生微裂纹，不利于合金材料力学性能的提高12-15。因此，文中选取 7B50T7751 铝合金为研究对象，通过细节疲劳额定强度试验和压缩性能试验研究喷丸成形压力对合金材料疲劳性能及静力性能的影响规律，为喷丸参数优选提供参考，以期改善飞机结构件的力学性能。1 试验 1.1 试验材料与试件制备 试验采用的 7B50T7751 铝合金属于 AlZn MgCu 系高强高韧铝合金，由纯 Al、纯 Zn、纯 Mg、AlCu 及 AlZr 中间
14、合金等原料配比熔炼而成，成分见 表 1。图 1 为 7B50T7751 铝合金的微观组织，可以看到，材料表面晶粒大小均匀，同时合金晶界处存在大量细小的第二相及粗大的未溶相。大部分相衬度较暗，而衬度较亮的为非平衡相，在 固溶体基体上分布着残留 S 相（Al2CuMg 相）和不溶的 Al(Mn)SiFe 相。图 1 7B50T7751 铝合金微观组织 Fig.1 Microstructure of 7B50-T7751 alloy 为研究喷丸工艺参数对 7B50T7751 铝合金材料疲劳性能的影响，采用成形压力分别取 0.42、0.50 MPa 的方案制备试件，经喷丸成形后对试件进行喷丸强化处理，
15、具体参数见表 2。对不同压力成形的喷丸试件进行力学性能测试，依据 HB71101994 及试验条件，疲劳试件沿坯料厚度为 40 mm 的板材轧制方向取料加工，试件的具体几何尺寸如图 2 所示。依据金属材料室温压缩试验方法（GB/T 73142017）中规定的试件标准对试件进行加工，压缩试件的几何尺寸如图 3 所示。表 1 7B50T7751 合金化学成分 Tab.1 Chemical composition of 7B50-T7751 alloy Element Si Fe Zn Cu Mn Mg Cr Zr Al Mass fraction/%0.10 0.10 6.48 2.06 0.10
16、 2.24 0.04 0.09 Bal.76 精 密 成 形 工 程 2023 年 4 月 表 2 喷丸成形及强化工艺参数 Tab.2 Process parameters of shot peening and strengthening process The forming pressure/MPa Strengthening process parameters 0.42 Coverage rate:100%;Shot peening flow rate:8 kg/min;Moving speed of the nozzle:3 m/min;Shot peening intensity:0.1-0.2 mmA 0.50 Coverage rate:100%;Shot peening flow rate:8 kg/min;Moving speed of the nozzle:3 m/min;Shot peening intensity:0.1-0.2 mmA 图 2 疲劳试件几何尺寸（单位：mm）Fig.2 Geometric dimension of the fatigue s
