【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代航空工業(yè)對航空發(fā)動機零件材料性能和疲勞壽命提出了更高要求。提高材料強度等性能,減少材料失效,延長零件服役壽命成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的重大課題。鈦合金廣泛應(yīng)用于制造航空發(fā)動機零部件,目前所有鈦合金產(chǎn)品中的60%為α+β鈦合金TC4(Ti-6Al-4V),其在飛機鈦合金結(jié)構(gòu)零件用量中約占80%。航空發(fā)動機零件在工作中的失效多發(fā)生在零件的表面和近表面,或者先從表面開始,然后向內(nèi)部擴散而導(dǎo)致零件失效,以至最終影響發(fā)動機的性能、壽命。低塑性滾壓加工鈦合金TC4表面完整性及其低周疲勞壽命的研究已成為當(dāng)前的熱點研究問題。首先,用低塑性滾壓工藝加工鈦合金TC4棒料,對比精車加工,對其表面完整性進(jìn)行分析,利用單因素試驗法研究其工藝參數(shù)——滾壓速度Vbur、進(jìn)給速度fbur、液壓油預(yù)壓力尸、滾壓道次n——對表面完整性的影響,選擇表面形貌及表面粗糙度、表面層顯微硬度、表面殘余應(yīng)力作為評價表面完整性的技術(shù)指標(biāo),探索低塑性滾壓工藝參數(shù)對表面完整性的影響規(guī)律。低塑性滾壓可消除車削加工在鈦合金TC4工件表面的殘留刀痕,表面粗糙度降低30%-50%,在TC4加工表面產(chǎn)生深度100μm左右的表面硬化層,表面最大硬度超過360 HV0.05,并且在表面產(chǎn)生較高的殘余壓應(yīng)力,表面殘余壓應(yīng)力最高可達(dá)-636MPa。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過低塑性滾壓加工的TC4工件表層材料發(fā)生塑性流動,產(chǎn)生塑性應(yīng)變,并且同亞表層材料的彈性變形共同作用是其表面完整性改善的直接原因。實際加工時,在保證加工效率和經(jīng)濟(jì)性的情況下,應(yīng)該通過提高液壓油預(yù)壓力來改善TC4零件表面完整性,滾壓道次控制在2次以內(nèi),采用較低的滾壓速度和前加工相同或稍低的進(jìn)給速度。然后,通過Abaqus/Explicit有限元軟件建立了低塑性滾壓鈦合金TC4表面殘余應(yīng)力分布的2D仿真模型,分析液壓油預(yù)壓力對TC4表面殘余應(yīng)力分布的影響規(guī)律。仿真結(jié)果表明,低塑性滾壓加工TC4表面殘余壓應(yīng)力呈勺形分布,表面殘余壓應(yīng)力層厚度隨液壓油預(yù)壓力的提高而增加,表面殘余壓力層厚度為0.25-0.4mm。最后,對經(jīng)過低塑性滾壓加工的試樣進(jìn)行低周疲勞壽命測試,分析低塑性滾壓加工試樣相對精車試樣的疲勞壽命變化和液壓油預(yù)壓力對其低周疲勞壽命的影響規(guī)律。低塑性滾壓加工TC4試樣的低周疲勞壽命相對精車試樣提高6倍,鈦合金TC4疲勞壽命隨著液壓油預(yù)壓力的增加而延長。通過低周疲勞試驗和斷口分析發(fā)現(xiàn),低塑性滾壓加工可減少疲勞裂紋源,并且減緩疲勞裂紋的萌生與擴展,從而提高加工試樣的低周疲勞壽命。
【圖文】：

圖１－４邋ＬＰＢ及ＤＣ民加工原理逡逑ＵＳＲＰ滾壓頭與超聲振動發(fā)生裝置相連，擠壓表面材料，，同時引起表面材料超逡逑聲振動，在常溫狀態(tài)下使材料產(chǎn)生彈塑性變形［１Ｗ，工作原理如圖１－５所示。加工后逡逑零件表面粗趟度降低，提高表面綜合性能，并且在靜壓力滾壓和超聲振動共同作用逡逑下，表面材料塑性變形變得劇烈且均勻，引起零件表層晶粒細(xì)化。由于超聲沖擊處逡逑理形成的表面強化層和基體組織之間沒有明顯的斷層，表面強化層通過滾壓頭的超逡逑聲振動形成，所往復(fù)加工多次不會造成材料表面剝落等損壞。多道次加工使表層逡逑材料塑性變形均勻，X椉庸鲅勾┩干疃齲黽恿慵礱娌杏嘌褂αΣ愫穸齲溝帽礤義喜憔Я＞認(rèn)富�，钡a婊竦媚擅壯叨鵲木Я＃媯椋梗海�。辶x希簦ぴ阱義希薰鮒檳駑澹椋櫻宸較蟈義弦義危緯穸錁巧逡逑Ｉ邋Ｉ滾壓工具頭辟換能器逡逑數(shù)字超聲波逡逑發(fā)生器邐逡逑圖１－５邋ＵＳＲＰ加工示意［Ｗ逡逑４逡逑

圖１－５邋ＵＳＲＰ加工示意［Ｗ逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V263

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本文編號：2523949