[发明专利]一种冷轧法消除环件残余应力的工艺参数优化方法

说明书

本发明提出一种冷轧法消除环件残余应力的工艺参数优化方法。根据工件初始残余应力分布状态，基于环件轧制力学与运动学条件，结合环件对最终尺寸与力学性能要求，同时考虑环件轧制工艺设备能力，将残余应力消减率与分布均匀性作为控制优化目标，以压下率、驱动辊转速、摩擦系数、芯辊半径和芯辊进给速度所允许的范围作为约束条件，给出冷轧法消除环件残余应力工艺参数综合优化设定方法，本发明可以对应力消除效果进行系统的、全面的评价，科学的、高效的、准确的制定工艺参数，对环件有针对性的进行冷轧消除残余应力处理，大幅提高残余应力调控效果，充分发挥冷轧法消除环件残余应力技术优势。

技术领域

本专利涉及残余应力消除领域，尤其涉及一种冷轧法消除环件残余应力的工艺参数优化方法。

背景技术

高性能环形件是运载火箭关键连接件和飞机舱关键零件，一般采用固溶-淬火-时效强化的合金，其轧制成形过后的环件必须进行固溶淬火，以提高材料的韧性、强度、抗疲劳性能及耐腐蚀性能等。但是固溶淬火后的环件会产生较大的淬火残余应力，使后续的机械加工产生严重的变形，甚至翘曲。经过热处理后的环件，其内部处于一种残余应力的不稳定平衡状态。当外界条件发生一定变化时，这种不稳定的平衡状态被打破，造成部分残余应力的释放，环件在没有约束的情况下就会发生如弯曲、扭转等变形现象。另外，淬火残余应力还会引起材料的应力腐蚀开裂，降低材料的使用寿命，使锻件具有严重的安全隐患。环件在淬火后，若产生较大残余应力而没有相应的淬火残余应力消减工艺，环件在服役的过程中会随着时间的延长，恶劣环境的侵蚀而导致环件失效，出现开裂、折断等缺陷。因此，基于环形件制造的高精度薄壁结构件，对环形件的残余应力控制提出了苛刻要求，对其淬火残余应力消除的研究极为重要。

相关研究表明，淬火残余应力可以通过改进淬火工艺、采用淬火介质、进行适当的热处理或通过变形、振动等机械方式得到消除和控制。采用热水或有机介质代替冷水淬火时，在一定程度上能降低残余应力，但同时也使材料的机械性能大打折扣，因此用来控制淬火残余应力水平的综合效果非常有限，在环件制备过程中，还必须安排专门的残余应力调整工艺。残余应力调整的工艺方法有很多，下面介绍几种典型的方法：机械法、热时效、振动时效及热振时效。

热时效是指通过对时效件施加特定时间的加热、保温以及冷却处理，使其在特定温度场的作用下实现残余应力调控；振动时效是指对时效件在特定频率下施加特定时间的特定循环载荷，从而实现残余应力调控。

热振复合残余应力调控时效技术是近几年关于振动时效技术的一个新的研究方向，基于复合多能场的概念，以不改变材料的组织状态为前提，在一定温度条件下对时效件施加循环动载荷，通过热与振动时效的复合，实现时效件中残余应力的松弛、降低与消除。专利“一种针对大型环轧零件局部残余应力均化的热振复合装置”(申请/专利号：CN201610479358.6)设计一种残余应力均化装置，主要用于航天领域大型环轧薄壁零件的残余应力均化。通过调整激振力和加热温度，采用热振复合的方式对零件进行局部的加热和振动，从而达到均化残余应力的目的。