[发明专利]一种热振复合残余应力调控工艺参数的优化方法

说明书

本发明提出一种热振复合残余应力调控工艺参数的优化方法。根据工件初始残余应力分布状态，同时结合工件的结构形状、尺寸大小以及重量特征，选取主振型模式，确定支撑方式、支撑位置以及激振位置，充分考虑工件材料的力学性能与设备的能力以及调控效果要求，将残余应力消减率与分布均匀性作为控制优化目标，以激振力、激振频率、加热温度、保温时间和激振时间所允许的范围作为约束条件，给出热振复合工艺参数综合优化设定方法，本发明可以对时效效果进行系统的、全面的评价，科学的、高效的、准确的制定工艺参数，对工件有针对性的进行热振复合时效处理，大幅提高残余应力调控效果，充分发挥热振复合残余应力调控技术优势。

技术领域

本专利涉及残余应力调控领域，尤其涉及一种热振复合残余应力调控工艺参数的优化方法。

背景技术

材料内部保持平衡状态而存在的应力称为残余应力，一般地，残余应力的水平和分布状态与材料的结构、力学性能和产生条件等因素有关。残余应力状态不稳定，当工件受到外界载荷作用时，工件局部可能发生塑性变形从而使内应力重新分布。残余应力会影响工件尺寸稳定性、金属静强度、疲劳强度，造成金属脆性破坏、应力腐蚀开裂等问题，引起工件加工变形、严重影响服役寿命，因此通常需要对残余应力进行调控，即在一定时序内，借助力、热、电或磁等能量施加手段对时效件进行处理，进而改变残余应力场状态。

自然时效是指将毛坯件放置于室外，使其经受长年累月的自然环境变化处理，由于温度的反复变化造成时效件内部晶格滑移，从而促进残余应力的释放。自然时效的作用方式必然出现周期长、效率低并且效果差的不足，因此这种过时的时效方式在我国制造业已经被逐步抛弃。

目前企业对残余应力调控的常规应用方式包括残余应力的热时效和振动时效。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；现有的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。其本质是将残余应力(静应力场)、动应力(循环应力场)和热源所产生的内力(热能场)的叠加，热振复合残余应力调控以整体温度场短时间施加给时效件的方式，为振动时效的残余应力调控处理能力提升提供基础。

热振复合工艺的宏观机理是合适的温度使材料屈服极限瞬时降低，以便达到振动时效的动应力与时效件本身残余应力叠加超过屈服极限的宏观条件，这就大大扩展了振动时效的残余应力处理能力。振动时效主要用于对特定的高不良应力区进行应力调控，热时效温度因瞬时改变了工件材料的屈服极限，进一步强化了残余应力振动时效的效果。

从微观上看，在合适的工艺温度作用下，可以为原子运动提供能量，减小位错移动的阻力，结合振动时效的交变应力，在位错移动和增殖的过程中，更容易实现塞积开通，使晶格畸变恢复，从而实现残余应力的释放。