TC4鈦合金類零件端面車削表面殘余應力檢測分析

鄧霜 徐佶鑫 王成洲

摘?要：通過對TC4鈦合金盤端面車削后表面殘余應力進行檢測，分析其分布規(guī)律，為實際生產(chǎn)提供參考。

關鍵詞：TC4鈦合金 端面車削 殘余應力 檢測分析

殘余應力的測試方法按是否損傷被測物體，大致可以分為兩大類：機械釋放測量法和無損傷的物理測量法。無損傷的物理測量法主要有X射線衍射法、中子衍射法、磁性法、超聲法、同步輻射法和電子散斑干涉法等[1-4]。本文通過采用X射線衍射法對TC4鈦合金類零件端面車削表面殘余應進行檢測并分析不同切削參數(shù)對表面殘余應力的分布影響，找到其分布規(guī)律，為實際生產(chǎn)提供有效的參考與指導。

1 檢測工具與參數(shù)說明

本文檢測選用X射線衍射法對工件表面加工殘余應力進行測量，設備選用加拿大Porto公司生產(chǎn)的LXRD MG2000殘余應力分析儀。圖1為本次使用的LXRD MG2000殘余應力分析儀。

該設備要求在檢測不同材料殘余應力時設置不同的測量參數(shù)，本次研究主要針對TC4鈦合金，設備主要測量參數(shù)設置如下表：

表面殘余應力測試過程，工件經(jīng)過端面車削過后，將表面清理干凈，放置在殘余應力測試儀平臺上;更換好測試儀的測試靶材，按照上表設置相應參數(shù)的大小，遵照LXRD MG2000殘余應力分析儀的操作規(guī)范，進行TC4試件盤端面表面殘余應力的檢測，殘余應力檢測狀態(tài)如圖2所示。

2 殘余應力檢測結果分析

為了研究切削速度對盤端面殘余應力狀況的影響，選擇端面的周向和徑向兩個方向測量殘余應力，結果見圖3，圖中a?p 代表切削深度。從圖3（a）可以看到，周向殘余應力均為壓應力，隨著切削速度的增加周向殘余壓應力先增大后減小，切削速度對殘余應力的影響非常明顯。從圖3（b）可以看出：徑向殘余應力均為壓應力，殘余壓應力隨著切削速度的增加而減小;周向殘余應力均為壓應力，并且周向壓應力明顯大于相同條件的徑向壓應力，隨著切削速度的增加周向殘余壓應力先增大后減小。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，在切削深度一定的條件下，隨著切削速度的提高，表面殘余壓應力有減小的趨勢。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是切隨著削速度提高，切削過程產(chǎn)生的熱量增加，切削熱對殘余應力的影響份額增加，而機械效應的變化不大，最終導致周向和徑向兩個方向的表面殘余壓應力都呈現(xiàn)減小的趨勢。

由圖4（a）可以看到：當v=30m/min時，實驗切削深度條件下徑向和周向殘余應力都為壓應力，隨著切削深度的增大，兩者的變化規(guī)律基本相同，并且周向壓應力大于徑向壓應力。對比4（a）～4（d）可以發(fā)現(xiàn)不同切削速度條件下，切削深度對表面殘余應力的影響并不相同。切削深度的增加，增加了工件表層材料的塑性變形，從而增加了機械效應對殘余應力的影響;同時，變形量的增加也會導致切削熱的增加，增加熱效應對殘余應力的影響，不同切削速度條件下，機械效應和熱效應兩者增加量并不相同，最終導致不同切削速度條件下，切削深度對表面殘余應力的影響并不相同。

3 總結

本文開展了鈦合金端面車削加工后X射線衍射法對鈦合金盤端面車削加工殘余應力進行檢測。研究了切削速度和切削深度對殘余應力分布的影響。殘余應力檢測結果表明：切削速度對表面殘余應力影響很大，切削速度提高時切削溫度升高，熱效應的影響增大，從而使表面殘余壓應力減小;切削溫度的升高引起工件表層軟化，最終導致殘余應力的分布深度增加。切削深度的增大對殘余應力的分布深度影響較大，切削深度越大，機械效應的影響增強，最終導致殘余應力的分布深度增大。

參考文獻：

[1]王明海，劉中海，王虎軍，等.精密切削鈦合金 TC4 表面殘余應力的模擬研究[J].制造業(yè)自動化，2010，（12）：68-71.

[2]田身剛，周麗，黃樹濤，等.切削用量對鈦合金已加工表面殘余應力的影響[J].工具技術，2013，47（10）：33-37.

[3]沈軍，林波，遲永剛，等.殘余應力物理法測量技術研究狀況[J].材料導報，2012，（S1）：120-125.

[4]米谷茂.殘余應力的產(chǎn)生和對策[M].北京：機械工業(yè)出版社，1983.