低塑性滾壓鈦合金TC4表面完整性及低周疲勞壽命研究.pdf

1、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(jī)零件材料性能和疲勞壽命提出了更高要求。提高材料強(qiáng)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(jī)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(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)零件用量中約占80％。
　　航空發(fā)動機(jī)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(kuò)散而導(dǎo)致零件失效，以至最終影

2、響發(fā)動機(jī)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(diǎn)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(yàn)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P、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(jià)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

3、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(shí)際加工時，在保證加

4、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