【作 者】魏志堅(jiān);李金山;楊艷慧;呂楠;王建國(guó)

　　【引 言】

　　機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力件，也是形成發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通的主要構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)和承載情況十分復(fù)雜，多采用高溫合金和鈦合金制造。其中，進(jìn)氣機(jī)匣、風(fēng)扇機(jī)匣、部分高壓壓氣機(jī)機(jī)匣等近1/3的冷端部分機(jī)匣均采用高比強(qiáng)的鈦合金制造[1-5]。

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，機(jī)匣不僅本身承受高溫、高壓、離心力等各種負(fù)荷，還要傳遞轉(zhuǎn)、靜子的復(fù)雜負(fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)中所承受載荷最復(fù)雜的構(gòu)件之一，極易產(chǎn)生變形，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)、靜子間隙，造成發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低和性能衰減。因此，除了高強(qiáng)度，機(jī)匣還要求具備高剛度的特性。然而，前期的研究工作更側(cè)重于機(jī)匣的強(qiáng)度要求，包括機(jī)匣選材、成形工藝對(duì)材料強(qiáng)度的影響等[6-10]，缺乏對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣使用中變形控制的系統(tǒng)研究。實(shí)際上，環(huán)形件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣類(lèi)鍛件，其在成形及熱處理過(guò)程中均會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，并在各工步逐步積累，最終殘留在成品零件中[11]。已有研究表明[12,13]，毛坯鍛件初始?xì)堄鄳?yīng)力的釋放和重新分布是零件加工和使用過(guò)程中變形的重要原因之一。因此，為了有效控制和減小機(jī)匣在使用過(guò)程中發(fā)生的偏離發(fā)動(dòng)機(jī)軸線(xiàn)的變形，需要盡可能減小機(jī)匣毛坯鍛件內(nèi)的殘余應(yīng)力。另外，針對(duì)機(jī)匣使用中產(chǎn)生不圓度的變形，還需要盡可能地使機(jī)匣毛坯鍛件內(nèi)的殘余應(yīng)力沿周向均勻分布。常用的減小和均化殘余應(yīng)力的方法主要有“高溫退火”和“振動(dòng)時(shí)效”方法。高溫退火去應(yīng)力法，由于要采用較高的溫度，會(huì)使環(huán)件具有晶粒粗化傾向從而降低強(qiáng)度，不適用于機(jī)匣環(huán)件的高強(qiáng)度要求。西北工業(yè)大學(xué)對(duì)振動(dòng)時(shí)效消除GH4169合金輾擴(kuò)成形環(huán)件的殘余應(yīng)力進(jìn)行的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)時(shí)效可適當(dāng)消減環(huán)件端面的殘余應(yīng)力，對(duì)周向應(yīng)力沒(méi)有消減作用。另外，振動(dòng)去應(yīng)力方法，作為一種新技術(shù)[14-16]，一方面，該技術(shù)的許多工藝方法尚處于探索階段；另一方面，該工藝在材料本身模量較大的高溫合金、鈦合金等材料中的應(yīng)用尚少見(jiàn)報(bào)道。

　　【結(jié) 論】

　　1) 環(huán)件經(jīng)脹形進(jìn)入塑性狀態(tài)后，環(huán)件內(nèi)會(huì)附加周向拉應(yīng)力σθ、徑向壓應(yīng)力σr和軸向拉應(yīng)力σz，且由環(huán)件內(nèi)壁到外壁其應(yīng)力范圍分別為：σθ：（0.892σs~σs）；σr：（–0.108σs~0）；σz：（0.392σs~0.5σs）。

　　2) 采用繪制雷達(dá)圖的方式可對(duì)環(huán)形件殘余應(yīng)力大小和分布均勻性進(jìn)行表征和分析，TC4合金環(huán)件A、B表面殘余應(yīng)力均為殘余壓應(yīng)力，–50~–150 MPa范圍內(nèi)波動(dòng)。

　　3) 脹形可實(shí)現(xiàn)輾軋環(huán)件的殘余應(yīng)力調(diào)控，經(jīng)脹形處理后環(huán)件殘余應(yīng)力均值整體略小于環(huán)B，周向應(yīng)力較軸/徑向應(yīng)力的降幅更加顯著，內(nèi)環(huán)面與上端面周向應(yīng)力經(jīng)脹形后應(yīng)力均值降幅分別達(dá)24.8%與20.2%。

　　4) 環(huán)A各測(cè)試區(qū)域殘余應(yīng)力雷達(dá)圖八邊形內(nèi)角標(biāo)準(zhǔn)差、應(yīng)力數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)差以及極差整體低于環(huán)B，其中上端面均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異性最顯著。

　　5) 采用極差、標(biāo)準(zhǔn)差和內(nèi)角標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)各測(cè)試面殘余應(yīng)力分布均勻性對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脹形處理的環(huán)A下端面上的周向殘余應(yīng)力 σθ分布均勻性較未脹形處理的環(huán)B差。其原因可能是該部位殘余應(yīng)力本身較大（–100~ –150 MPa），本文脹形工藝采用的脹形量約2%不能對(duì)環(huán)件內(nèi)殘余應(yīng)力高于–100 MPa 的部位產(chǎn)生明顯應(yīng)力調(diào)控效果。

　　以下是正文：