一种高强度铝合金螺栓制造技术

本发明专利技术涉及一种高强度铝合金螺栓。该高强度铝合金螺栓，由包括以下步骤的方法制备而成：固溶处理：将铝合金螺栓毛坯在380～400℃保温40～50min，然后升温至440～460℃保温40～50min，冷却至室温，得到固溶处理工件；时效处理：将固溶处理工件在150～170℃保温7.5～8.5h，然后升温至200～220℃保温11.5～12.5h，冷却至室温，即得。本发明专利技术提供的高强度铝合金螺栓，对铝合金螺栓毛坯经双级固溶处理和双级时效处理后，可满足产品σ

A high strength aluminum alloy bolt

【技术实现步骤摘要】
一种高强度铝合金螺栓
本专利技术属于紧固件领域，具体涉及一种高强度铝合金螺栓。
技术介绍
在航空航天领域，为了增强螺纹连接的强度，通常使用质量高、强度高的钢制螺栓，如钢45螺栓、钢30CrMnSiA螺栓等，但钢制螺栓在实际应用时存在以下不足：一是钢制螺栓材料的密度大、质量重，使用时会增加机器的整体重量，不适用于飞机、卫星、箭体的轻质化要求；二是钢制螺栓通常采用镀锌钝化或镀铬钝化来达到防腐要求，但由于电镀溶液中含有大量的氢，导致电镀过程吸氢，虽然产品强度较高，但使用时会存在氢脆、铬脆的风险，螺纹容易发生脆断，引起事故的发生。铝合金材料是公知的轻质材料，但普通铝合金材料的强度较低，无法满足高承载要求。开发一种高强度铝合金螺栓，从而能够替代钢制螺栓在航空航天领域使用，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度铝合金螺栓，从而解决钢制螺栓在应用时存在的质量重、氢脆或铬脆的问题。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高强度铝合金螺栓，由包括以下步骤的方法制备而成：1)固溶处理：将铝合金螺栓毛坯在380～400℃保温40～50min，然后升温至440～460℃保温40～50min，冷却至室温，得到固溶处理工件；2)时效处理：将固溶处理工件在150～170℃保温7.5～8.5h，然后升温至200～220℃保温11.5～12.5h，冷却至室温，即得。本专利技术提供的高强度铝合金螺栓，对铝合金螺栓毛坯经双级固溶处理和双级时效处理后，可满足产品σb≥630MPa的强度要求，并可达到优异的塑性，断后伸长率可以达到8％以上；相关强度性能能够满足航空航天紧固件的承载需求，优异的塑性能够满足螺栓的机械加工要求，螺栓性能检测结果表明，该高强度铝合金螺栓能够替代钢制螺栓使用，具有重量轻、强度高的特点。步骤1)中，螺纹加工在所述铝合金螺栓毛坯进行时效处理后进行。螺纹加工可采用滚丝加工。经上述热处理制度处理后的铝合金螺栓毛坯，表现出良好的可加工性，在热处理后再进行滚丝加工，一方面可以提高螺纹的加工质量和加工效率，另一方面也可将螺栓的抗拉强度提高20～30MPa，进一步实现抗拉强度σb≥660MPa的强度要求。所述螺纹为M螺纹或MJ螺纹。将螺栓加工成MJ螺纹，螺纹牙底圆弧半径加工，通过头下圆角强化，能提高抗疲劳性能，施加一定抗拉疲劳载荷，可以实现13万次疲劳试验要求。将螺纹加工后的工件进行阳极化处理，即得螺栓成品。所述阳极化处理包括将工件依次进行碱腐蚀、流动冷水洗、光化、流动冷水洗、硫酸阳极化、流动冷水洗、填充、热水洗、干燥处理。碱腐蚀处理所用碱液的组成为：NaOH25～35g/L，NaCO320～25g/L，溶剂为水。碱腐蚀处理的温度为40～50℃，时间为20～30s。光化处理所用光化液的组成为：浓硝酸300～500g/L，溶剂为水。光化处理在室温下进行，时间为20～30s。硫酸阳极化处理所用电解液的组成为：浓硫酸180～240g/L，溶剂为水。硫酸阳极化处理的温度为13～26℃，时间为30～40min，电流密度为0.8～1.5A/dm2，电压为15V。填充处理所用填充液的组成为K2Cr2O730～50g/L，溶剂为水。填充处理的温度为97～100℃，时间为20～30min。流动冷水的水温为室温，热水的水温为75～85℃。阳极化处理过程不会吸收氢原子，可有效避免氢(镉)脆断问题，并可达到优异的防腐性能。步骤1)中，所述冷却为水冷。步骤2)中，所述冷却为空冷。固溶处理和时效处理分别采用水冷和空冷方式，可有效降低残余应力，进一步优化热处理效果。所述铝合金为7055铝合金。所述7055铝合金由以下质量百分含量的组分组成：Si≤0.1％，Fe≤0.15％，Cu2～2.6％，Mn≤0.05％，Cr≤0.04％，Zn7.6～8.4％，Ti≤0.06％，Zr0.08～0.25％，Mg1.8～2.3％，其他单个杂质元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。采用喷射成形工艺生产的7055铝合金，与上述热处理制度具有极佳的匹配性，相应得到的7055铝合金螺栓具有晶粒细小、组织均匀致密、无宏观偏析的优点，尤其适用于高强度、高承载要求的航空航天紧固件使用。容易理解，可以采用上述工艺步骤来制备相应的7055螺母，其同样具有高强度、可加工性好等特点。利用本专利技术制备的7055铝合金螺栓与各类螺母的装配通用性好，既可以与强度匹配的7055螺母装配使用，也可与强度匹配的钢制螺母装配使用，而且7055螺栓与7055自锁螺母反复进行15次拆卸安装后，无咬死现象发生，表现出良好的装配性能。附图说明图1为本专利技术的高强度铝合金螺栓的结构示意图；图2为图1的左视图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的实施方式作进一步说明。以下实施例所用7055铝合金的质量百分含量组成为：Si≤0.1％，Fe≤0.15％，Cu2～2.6％，Mn≤0.05％，Cr≤0.04％，Zn7.6～8.4％，Ti≤0.06％，Zr0.08～0.25％，Mg1.8～2.3％，其他单个杂质元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。实施例1本实施例的高强度铝合金螺栓，结构示意图如图1和图2所示，包括螺栓头1和与螺栓头1连接的螺杆2，螺杆2上设有MJ螺纹，具体采用以下步骤制备：1)将7055铝合金线材经冷镦加工，制备螺栓毛坯，将螺栓毛坯按以下方式进行固溶处理：先由室温加热至390℃，保温45min，然后加热至450℃保温45min，水冷至室温，得到固溶处理工件；2)将固溶处理工件加热至160℃，保温8h，然后加热至210℃，保温12h，空冷至室温，得到时效处理工件；3)将时效处理工件进行滚丝加工，制备MJ螺纹，然后进行阳极化处理，具体为：将时效处理工件置于碱液中进行碱腐蚀处理，碱液的组成为：NaOH30g/L，NaCO322g/L，溶剂为水；碱腐蚀处理的温度为45℃，时间为25s；碱腐蚀处理后进行流动冷水(室温)洗，之后将工件置于光化液中进行光化处理，光化处理所用光化液的组成为：浓硝酸400g/L，溶剂为水；光化处理在室温下进行，时间为25s；光化处理后进行流动冷水(室温)洗，之后将工件置于电解液中进行阳极化处理，电解液的组成为：浓硫酸200g/L，溶剂为水；阳极化处理的温度为20℃，时间为35min，电流密度为1.2A/dm2，电压为15V；阳极化处理后进行流动冷水(室温)洗，之后将工件置于填充液中进行填充封闭处理，填充液的组成为K2Cr2O740g/L，溶剂为水；填充封闭处理的温度为97℃，时间为25min；阳极化处理后进行热水(80℃)洗，干燥，即得。实施例2本实施例的高强度铝合金螺栓，制备一字槽圆柱头螺栓，具体采用以下步骤制备：1)将7055铝合金线材经冷镦加工，制备螺栓毛坯，将螺栓毛坯按以下方式进行固溶处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度铝合金螺栓，其特征在于，由包括以下步骤的方法制备而成：/n1)固溶处理：将铝合金螺栓毛坯在380～400℃保温40～50min，然后升温至440～460℃保温40～50min，冷却至室温，得到固溶处理工件；/n2)时效处理：将固溶处理工件在150～170℃保温7.5～8.5h，然后升温至200～220℃保温11.5～12.5h，冷却至室温，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度铝合金螺栓，其特征在于，由包括以下步骤的方法制备而成：
1)固溶处理：将铝合金螺栓毛坯在380～400℃保温40～50min，然后升温至440～460℃保温40～50min，冷却至室温，得到固溶处理工件；
2)时效处理：将固溶处理工件在150～170℃保温7.5～8.5h，然后升温至200～220℃保温11.5～12.5h，冷却至室温，即得。


2.如权利要求1所述的高强度铝合金螺栓，其特征在于，步骤1)中，螺纹加工在所述铝合金螺栓毛坯进行时效处理后进行。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王亚利，闫路，方翠平，路志峰，杨柳，张艳雷，郭岳，杜造，
申请(专利权)人：北京首航科学技术开发有限公司，首都航天机械有限公司，北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11