[發(fā)明專利]一種熱振復(fù)合殘余應(yīng)力調(diào)控工藝參數(shù)的優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN111979407B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張以都;宋和川;吳瓊;高瀚君
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種熱振復(fù)合殘余應(yīng)力調(diào)控工藝參數(shù)的優(yōu)化方法。根據(jù)工件初始殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，同時結(jié)合工件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小以及重量特征，選取主振型模式，確定支撐方式、支撐位置以及激振位置，充分考慮工件材料的力學性能與設(shè)備的能力以及調(diào)控效果要求，將殘余應(yīng)力消減率與分布均勻性作為控制優(yōu)化目標，以激振力、激振頻率、加熱溫度、保溫時間和激振時間所允許的范圍作為約束條件，給出熱振復(fù)合工藝參數(shù)綜合優(yōu)化設(shè)定方法，本發(fā)明可以對時效效果進行系統(tǒng)的、全面的評價，科學的、高效的、準確的制定工藝參數(shù)，對工件有針對性的進行熱振復(fù)合時效處理，大幅提高殘余應(yīng)力調(diào)控效果，充分發(fā)揮熱振復(fù)合殘余應(yīng)力調(diào)控技術(shù)優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及殘余應(yīng)力調(diào)控領(lǐng)域，尤其涉及一種熱振復(fù)合殘余應(yīng)力調(diào)控工藝參數(shù)的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

材料內(nèi)部保持平衡狀態(tài)而存在的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力，一般地，殘余應(yīng)力的水平和分布狀態(tài)與材料的結(jié)構(gòu)、力學性能和產(chǎn)生條件等因素有關(guān)。殘余應(yīng)力狀態(tài)不穩(wěn)定，當工件受到外界載荷作用時，工件局部可能發(fā)生塑性變形從而使內(nèi)應(yīng)力重新分布。殘余應(yīng)力會影響工件尺寸穩(wěn)定性、金屬靜強度、疲勞強度，造成金屬脆性破壞、應(yīng)力腐蝕開裂等問題，引起工件加工變形、嚴重影響服役壽命，因此通常需要對殘余應(yīng)力進行調(diào)控，即在一定時序內(nèi)，借助力、熱、電或磁等能量施加手段對時效件進行處理，進而改變殘余應(yīng)力場狀態(tài)。

自然時效是指將毛坯件放置于室外，使其經(jīng)受長年累月的自然環(huán)境變化處理，由于溫度的反復(fù)變化造成時效件內(nèi)部晶格滑移，從而促進殘余應(yīng)力的釋放。自然時效的作用方式必然出現(xiàn)周期長、效率低并且效果差的不足，因此這種過時的時效方式在我國制造業(yè)已經(jīng)被逐步拋棄。

目前企業(yè)對殘余應(yīng)力調(diào)控的常規(guī)應(yīng)用方式包括殘余應(yīng)力的熱時效和振動時效。熱時效是指通過對時效件施加特定時間的加熱、保溫以及冷卻處理，使其在特定溫度場的作用下實現(xiàn)殘余應(yīng)力調(diào)控；現(xiàn)有的振動時效是指對時效件在特定頻率下施加特定時間的特定循環(huán)載荷，從而實現(xiàn)殘余應(yīng)力調(diào)控。

熱振復(fù)合殘余應(yīng)力調(diào)控時效技術(shù)是近幾年關(guān)于振動時效技術(shù)的一個新的研究方向，基于復(fù)合多能場的概念，以不改變材料的組織狀態(tài)為前提，在一定溫度條件下對時效件施加循環(huán)動載荷，通過熱與振動時效的復(fù)合，實現(xiàn)時效件中殘余應(yīng)力的松弛、降低與消除。其本質(zhì)是將殘余應(yīng)力(靜應(yīng)力場)、動應(yīng)力(循環(huán)應(yīng)力場)和熱源所產(chǎn)生的內(nèi)力(熱能場)的疊加，熱振復(fù)合殘余應(yīng)力調(diào)控以整體溫度場短時間施加給時效件的方式，為振動時效的殘余應(yīng)力調(diào)控處理能力提升提供基礎(chǔ)。

熱振復(fù)合工藝的宏觀機理是合適的溫度使材料屈服極限瞬時降低，以便達到振動時效的動應(yīng)力與時效件本身殘余應(yīng)力疊加超過屈服極限的宏觀條件，這就大大擴展了振動時效的殘余應(yīng)力處理能力。振動時效主要用于對特定的高不良應(yīng)力區(qū)進行應(yīng)力調(diào)控，熱時效溫度因瞬時改變了工件材料的屈服極限，進一步強化了殘余應(yīng)力振動時效的效果。

從微觀上看，在合適的工藝溫度作用下，可以為原子運動提供能量，減小位錯移動的阻力，結(jié)合振動時效的交變應(yīng)力，在位錯移動和增殖的過程中，更容易實現(xiàn)塞積開通，使晶格畸變恢復(fù)，從而實現(xiàn)殘余應(yīng)力的釋放。