[发明专利]一种转动法降低变形高温合金盘件残余应力的工艺方法

说明书

本发明属于航空发动机用变形高温合金盘件制造技术领域。提出了一种转动法降低变形高温合金盘件残余应力的工艺方法；本发明设计了梯度高速转动加载降低残余应力的参数；结合变形高温合金盘件材料的高温下的屈服强度值和盘件高转速下的离心应力，设计了盘件高温下的转动速度范围，在降低盘件表面和内部应力的同时，平衡和优化了盘件内应力分布，有助于降低盘件变形。经过本发明高速转动去应力后的变形高温合金盘件残余应力明显降低，零件应力分布状态得到显著改善，尺寸精度保持性好，简化了去应力热处理工序，提高了效率，降低了生产成本，有效提高航空发动机的安全性及可靠性，具有巨大的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于航空发动机用变形高温合金盘件制造技术领域。提出了一种转动法降低变形高温合金盘件残余应力的工艺方法。

背景技术

随着航空发动机技术的进步，为了提高燃气效率和使用可靠性，对盘类零件的尺寸精度要求也越来越高。例如，变形高温合金盘件的尺寸精度偏差要求达到百分之一毫米，而残余应力是导致航空用变形高温合金盘件尺寸变形超差的主要因素之一。因此，降低航空发动机用变形高温合金盘件的残余应力，减小尺寸变形，对保障航空发动机的服役可靠性具有重要意义。

残余应力(又称为内应力、残留应力)是指附加应力、温度、载荷等外部因素去除后，金属制件内部存在的一种保持自相平衡的力。残余应力形成的根本原因是微观尺度上异种原子或同种原子不同排列方式造成的金属成分或结构不均匀导致的原子间相互作用力的改变在宏观尺度上的表观显现。残余应力会改变金属制件使用过程中的应力状态，对零部件的服役寿命与使用安全有重要影响。变形高温合金盘锻件的残余应力来源主要包括两类，一类是内部应力，是指高温合金盘坯在锻造和热加工过程中产生的应力，包括不均匀变形、温度场不均匀，以及热处理过程中的组织转变和相析出等；另一类是机加工应力，该类应力主要包括切削力、夹紧力、惯性力和重力等，主要存在与零部件的表层。在以上应力综合作用下，导致高温合金零件产生变形。但是高温合金零件无论经过热加工或冷加工都会在内部产生残余应力，使制件处于一种高位错密度和能量富集的不稳定状态，在能量释放过程同时导致零部件尺寸变形。

用于航空发动机的变形高温合金盘件经过熔炼、锻造、热处理、切削、研磨、喷丸、装配等加工后，均会产生残余应力。残余应力与材料中局部区域存在的残余弹性应变相关，是材料弹性各向异性或塑性各向异性的反应，对航空发动机变形高温合金盘件的尺寸稳定性、疲劳强度、应力断裂、抗腐蚀性等均有一定影响。尺寸变形是指盘件在加工、使用或存放过程中自发改变形状而造成的不可逆变形的现象，研究表明，当合金热处理后，具有比较稳定的组织结构时，零件的尺寸稳定性主要与残余应力释放或松弛有关。据报道，工程领域中由于残余应力直接影响或间接导致的机械零件失效达50％，因此残余应力的控制成为工程界越来越关注的一个技术问题。统计分析检测结果认为，在加工过程中将残余应力控制在材料屈服强度的15％以内，能够防止金属构件出现变形或开裂。