本文摘要:摘要:借助滾壓工藝技術(shù),可以在數(shù)控以及普通機床當中完成,并沒有較高的成本,并且環(huán)保無污染,效率非常理想,有著良好的兼容性,對當前航空針對構(gòu)件性能提出的要求給予了滿足。本文針對航空領(lǐng)域滾壓強化技術(shù)的應(yīng)用進展給出了詳細分析。 關(guān)鍵詞:航空領(lǐng)域;
摘要:借助滾壓工藝技術(shù),可以在數(shù)控以及普通機床當中完成,并沒有較高的成本,并且環(huán)保無污染,效率非常理想,有著良好的兼容性,對當前航空針對構(gòu)件性能提出的要求給予了滿足。本文針對航空領(lǐng)域滾壓強化技術(shù)的應(yīng)用進展給出了詳細分析。
關(guān)鍵詞:航空領(lǐng)域;滾壓強化技術(shù);應(yīng)用進展
滾壓強化,需要借助金屬在常溫狀態(tài)下出現(xiàn)的冷縮性特征,利用滾壓工具,將一定的壓力施加在構(gòu)件表面,這樣構(gòu)件表層的金屬便會有彈塑性變形出現(xiàn),進而使表層組織冷作硬化,將表面的微觀結(jié)構(gòu)進行改變,將殘余壓應(yīng)力引入其中,實現(xiàn)表面粗糙度降低的效果,也會將構(gòu)件當中的抗HCF(高周疲勞)、抗SCC(應(yīng)力腐蝕開裂)抗耐磨以及抗腐蝕性的性能進行改變。
1、葉片表面處理
HCF以及異物損傷屬于渦輪葉片、發(fā)動機風(fēng)扇葉片以及渦輪葉片發(fā)生失效的主要形式,其中針對葉片滾壓實施強化的方式有多種類型。Prevey等學(xué)者在其研究當中發(fā)現(xiàn),發(fā)動機在服役的情況下,低塑性滾光技術(shù)對于Ti6Al4V風(fēng)扇葉片疲勞極限進行的處理,會由之前的655MPa,增加到790MPa,處理過程中模擬異物損傷缺陷,具體的數(shù)據(jù)為深60°V型的0.5mm缺陷,并且風(fēng)扇葉片發(fā)生疲勞極限由之前的240MPa,增加到了655MPa,對風(fēng)扇葉片疲勞缺陷,深度為61.25mm的缺陷處理,由之前的206MPa,增加到了620MPa。在材料疲勞極限之上產(chǎn)生的應(yīng)力作用環(huán)境下,不同的異物損傷缺陷深度,都有所不同。沒有經(jīng)過處理前提下,使用風(fēng)扇葉片的應(yīng)用壽命,并沒有達到?jīng)]有異物損傷缺陷以及存在異物損傷缺陷,但利用低塑性滾光技術(shù)進行處理之后的風(fēng)扇葉片壽命的1/10,這便說明借助低塑性滾光技術(shù)對其進行處理,可以將Ti6Al4V,制葉片產(chǎn)生的抗疲勞性能給予相應(yīng)的提升,進而使異物損傷缺陷葉片存在的疲勞程度有一定的恢復(fù)[1]。
2、處理葉片楔形榫槽
微動發(fā)生的磨損疲勞,屬于航空渦輪發(fā)動機葉片楔形榫頭以及配合盤榫出現(xiàn)失效的重要形式,當前使用的一般方式方式為,將Cu-Ni-In涂層在榫槽表面制作,或者借助MoS2固體表面潤滑膜,這樣可以使配合面發(fā)生的摩擦系數(shù)有所降低,進而使微動損傷進一步減小。但這項技術(shù)有一定的缺點,為榫槽抗疲勞性能會受到潤滑膜完整性以及涂層產(chǎn)生影響,所以實施連續(xù)摩擦操作,會將涂層以及潤滑膜去除,暴露基體,進而出現(xiàn)微動損傷。針對楔形榫槽滾壓進行處理的方式共有兩種,如圖一所示。Prevey學(xué)者在研究當中。借助低塑性滾光技術(shù),在壓氣機葉片榫槽當中,將殘余壓應(yīng)力區(qū)進行引入,其深度為1.6mm,環(huán)境為室溫,頻率為30Hz,應(yīng)力比為0.5。其中榫槽的位置模擬微動裂紋,其缺口為0.5mm深,在強化處理試樣之后,使得疲勞極限達到了620MPa,與沒有經(jīng)過處理的缺口試樣260MPa帕相比,有著明顯的提升。
當缺口的深度為0.76mm以及1.00mm時,將疲勞極限經(jīng)過強化處理之后,可以使其到達413MPa以及310MPa。設(shè)定滾壓將殘余壓引入之后,認定應(yīng)力場的深度超過了缺口的深度,是提高疲勞性能的關(guān)鍵性因素,其中需要重點注意的是殘余壓應(yīng)力,并不會影響榫槽接觸面,而產(chǎn)生循環(huán)剪應(yīng)力[2]。但是循環(huán)剪應(yīng)力,會對微動裂紋的產(chǎn)生有一定的促進,所以借助滾壓處理,不會將微動損傷進行消除。但在微動裂紋裂尖當中,存在的殘余壓應(yīng)力,可以對上述微動微裂紋的進一步拓展進行阻止,或者起到減緩的效果,有益于使微動疲勞有所緩解。此外,如果微動疲勞產(chǎn)生的裂紋,沒有超過0.13mm的深度,那么借助低塑性滾光技術(shù)開展處理,對其進行緩解會非常容易。當前,對于風(fēng)扇葉片以及壓氣機葉片壓力面榫槽配合盤榫槽等一系列的復(fù)雜結(jié)構(gòu)接觸區(qū)域進行強化處理,已經(jīng)成功開發(fā)出了專業(yè)的工具。
3、處理起落架
飛機的各個部件當中,最重要的受力部件便是起落架,對起落架提出的基本要求便是,有非常高的可靠性能和較長的使用壽命。其中SCC、腐蝕疲勞以及異物損傷,是使起落架組件發(fā)生失效的關(guān)鍵形式。當前飛機對于起落架進行應(yīng)用時關(guān)鍵的承力構(gòu)件包括:軸輪、活塞桿以及外筒等,大部分會對超高強度的鋼進行應(yīng)用,例如:300M以及AF1410。這些鋼針對SCC、腐蝕疲勞以及應(yīng)力集中產(chǎn)生的敏感性非常強,為了將因為表面粗糙度出現(xiàn)的應(yīng)力集中問題給予降低,在其表面需要滿足的粗糙度要求,而應(yīng)力復(fù)雜部位提出的要求。
但是在不當?shù)募庸た刂茥l件當中,很容易使超高強鋼表層出現(xiàn)微裂紋的情況,為了將SCC以及腐蝕有效降低,起落架系統(tǒng)在目前使用的工藝標準為鍍鉻以及鍍鎘。但該項工藝對環(huán)境會有一定的危害,借助滾壓表面強化功能,可以使表面的粗糙度有所降低,使局部應(yīng)力集中的問題有所減小,且在構(gòu)件表層會將殘余壓應(yīng)力引入,從而將抗SCC、抗異物損傷以及腐蝕疲勞的性能提升,不會對環(huán)境產(chǎn)生任何的污染。
4、處理攪拌摩擦焊焊縫
攪拌摩擦焊焊接,是對于異種金屬實施的焊接,并不會引發(fā)較大的變形,并且產(chǎn)生的冶金性能非常優(yōu)異,可進一步在航空連接結(jié)構(gòu)當中應(yīng)用,使得機械連接孔的使用有所減小。但是,在具體攪拌時會因為熱應(yīng)變梯度的復(fù)雜性以及存在的塑性應(yīng)變梯度,使得焊接區(qū)有殘余拉應(yīng)力出現(xiàn)。之后在熱影響區(qū)域的邊界當中達到最大的應(yīng)力值,這樣便會將焊縫的抗SCC、抗腐蝕性性能等有所降低、此外,攪拌摩擦焊焊縫區(qū)的表面有著較大的粗糙度,與航空提出的要求性能并不相符,需要開展相應(yīng)的處理。其中,借助低塑性滾光技術(shù),對鋁合金攪拌摩擦焊焊縫進行處理,不但將產(chǎn)生的表面殘余拉應(yīng)力進行了消除,還將殘余應(yīng)力有所引入。
機械論文投稿刊物:《航空制造技術(shù)》(半月刊)創(chuàng)刊于1958年,由北京航空制造工程研究所主辦。本刊以先進性、實用性見長。在航空、航天、軍工領(lǐng)域及機床、模具、汽車、船舶等領(lǐng)域享有較高聲譽。是富有影響力的刊物。主要欄目:專稿、綜述、科技成果、學(xué)術(shù)論文、新工藝新技術(shù)新設(shè)備、技術(shù)改造技術(shù)革新、生產(chǎn)組織與管理、簡訊與工藝動態(tài)、裝備市場指南等。
5、結(jié)束語:
當前,對于低塑性滾光技術(shù)的應(yīng)用,已經(jīng)獲得了越來越多的認可,有效將構(gòu)件表面的微觀結(jié)構(gòu)改變,將殘余壓應(yīng)力引入其中,實現(xiàn)表面粗糙度降低的效果,并進一步強化了抗HCF抗SCC、抗耐磨以及抗腐蝕性的性能。
參考文獻:
[1]王燕禮,朱有利,楊嘉勤.滾壓強化技術(shù)及在航空領(lǐng)域研究應(yīng)用進展[J].航空制造技術(shù),2018,61(5):75-83.
[2]趙波,姜燕,別文博.超聲滾壓技術(shù)在表面強化中的研究與應(yīng)用進展[J].航空學(xué)報,2020.
[3]孔志營.齒輪齒面超聲滾壓強化技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué),2014.
作者:趙賽男
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