熱加工工藝：脹形對TC4合金機匣殘余應(yīng)力的影響
2022-11-08【作 者】柏哲鵬;余心宏;文豐茜
機匣環(huán)件是航空發(fā)動機中的重要承力部件，在發(fā)動機工作時，承受氣體負載和質(zhì)量慣性力，還承受由溫差引起的熱載荷，以及聲負荷和一些裝配應(yīng)力[1]。殘余應(yīng)力的大小和分布，不僅對機匣環(huán)件的靜載強度、疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕性能等有不利影響， 而且也影響結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性和成形精度， 進而影響機匣的服務(wù)壽命和工作性能的發(fā)揮[2]。 目前，TC4 合金環(huán)件一般軋制而成，在環(huán)件變形過程中，不可避免地產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力。 而在理論上脹形工藝可以有效調(diào)控環(huán)件中的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。 環(huán)件剛性模脹形工藝的原理是：將環(huán)形件套在剛性模上，通過錐形沖頭施加壓力，使剛性模沿徑向運動，提供脹形力。 環(huán)形件在脹形力的作用下，直徑擴大，壁厚減薄并發(fā)生塑性變形[3]。 將脹形工藝與傳統(tǒng)環(huán)軋工藝結(jié)合，可以獲得變形較為均勻的環(huán)件， 進而起到調(diào)控殘余應(yīng)力的作用。
本文通過試驗手段， 采用盲孔法對幾組軋態(tài)和脹形態(tài)環(huán)件的殘余應(yīng)力進行了測量； 通過對比脹形前后環(huán)件應(yīng)力的分布狀態(tài)，分析脹形工藝對環(huán)件殘余應(yīng)力的調(diào)控與消除規(guī)律。 并用有限元模擬的方法加以印證， 為環(huán)件脹形工藝的設(shè)計提供理論和技術(shù)支撐。
【結(jié) 論】
（1）軋態(tài)環(huán)件的應(yīng)力分布不均勻。 其中切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的重合度差，應(yīng)力值分布離散。整體殘余應(yīng)力水平較高，個別部位應(yīng)力集中。
（2）脹形環(huán)件殘余應(yīng)力的數(shù)值水平較低， 環(huán)件的殘余應(yīng)力分布比較均勻， 徑向與切向應(yīng)力重合度較高，應(yīng)力集中現(xiàn)象有所改善。 脹形量不同的環(huán)件，在一定范圍內(nèi)，脹形量越大，塑性變形越均勻，殘余應(yīng)力分布均勻性越好。
（3）模擬結(jié)果表明，脹形后環(huán)件應(yīng)力水平下降，殘余應(yīng)力分布均勻性提高。 一定的脹形量有利于在變形過程中的應(yīng)力釋放與均勻化。 脹形 4%的環(huán)件最大應(yīng)力比脹形 3%環(huán)件的最大應(yīng)力略大， 過大的脹形量會引入殘余應(yīng)力， 降低脹形效果。 這在外型面更加復(fù)雜的環(huán)件中會更為明顯， 有棱角和臺階的區(qū)域容易形成應(yīng)力集中的現(xiàn)象。
以下是正文：
