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，分析其分布規律，為實際生產提供參考。

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對表面殘余應力的分布影響，找到其分布規律，為實際生產提供有效的參考與指導。

1 檢測工具與參數說明

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，本次研究主要針對TC4鈦合金，設備主要測量參數設置如下表：

表面殘余應力測試過程，工件經過端面車削過后，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的大小，遵照LXRD MG2000殘余應力分析儀的操作規范，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可以發現，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。產生上述現象的原因是切隨著削速度提高，切削過程產生的熱量增加，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）可以發現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.殘余應力的產生和對策[M].北京：機械工業出版社，1983.