LFJ异质钛合金连接区铣削残余应力形成机理及分布规律

At present the electroforming method is mainly adopted for aircraft engine overall blisk manufacturing, but this method is too much pollution to the environment. In order to avoid this kind of pollution, linear friction jointed (LFJ) and high speed milling method have been adopted for the overall blisk manufacturing at home, but this method is easy to cause LFJ jointing area milling residual stress uneven distribution and the blisk deformation is bigger. Heterogeneous titanium alloy LFJ jointing area milling residual stress will be analyzed in this project, and the initial stress (material itself stress and LFJ jointing stress), clamping stress and stress formation is the main component of heterogeneous itanium alloy LFJ jointing area milling residual stress. Therefore, this project is from the three stress, through the mechanism analysis and experimental research, reveal heterogeneous titanium LFJ jointing mechanism and the stress distribution law; Based on heterogeneous titanium alloy LFJ jointing area high speed milling processing mechanism, milling force, milling temperature, milling method, the clamping way, the heterogeneous titanium alloy LFJ jointing area milling model will be established. Through the milling model and LFJ jointing area residual stress distribution, heterogeneous titanium alloy LFJ jointing area milling stress model will be set up, finally obtain heterogeneous titanium alloy LFJ jointing area milling tress distribution law.

目前航空发动机整体叶盘制造主要采用电铸方法，但这种方法对环境污染太大，为了避免这种污染，国内有采用线性摩擦连接(简称LFJ)和高速铣削相结合的方法制造整体叶盘，但这种方法易造成LFJ连接区域铣削残余应力分布不均匀，导致叶盘变形较大。本课题针对异质钛合金LFJ连接区域铣削残余应力进行分析，认为初始应力(材料本身应力和LFJ连接应力)、装夹应力和铣削应力是形成异质钛合金LFJ连接区域铣削残余应力的主要组成部分。因此，本课题就从这三大应力入手，通过机理分析与实验研究，揭示异质钛合金LFJ连接机理及其应力分布规律；通过对异质钛合金LFJ连接区域高速铣削加工机理、铣削力、铣削温度、装夹方式、铣削方式等研究，建立异质钛合金LFJ连接区域铣削模型，通过此铣削模型并结合LFJ连接区域残余应力分布规律，建立异质钛合金LFJ连接区域铣削应力模型，最终获得异质钛合金LFJ连接区域铣削铣削应力分布规律。

本课题主要是研究LFJ异质钛合金连接区域铣削残余应力分布，获得满足现代战斗机发展需要的航空发动机整体叶盘，这为自主研究与生产我国航空发动机提供技术支持具有重要意义。.本课题研究了异质钛合金LFJ连接机理及应力分析，主要包括飞边的形成、测力仪的设计与制造、连接过程中作用力的测量、连接过程中温度的测量、分析了异质钛合金区域的残余应力分布等；研究了异质钛合金LFJ连接区域本构关系，主要包括连接区强度变化、硬度变化、应力应变关系以及相应的比热容、热膨胀系数、导热系数和弹性模量等变化规律等；研究了异质钛合金LFJ连接区域的铣削力和铣削温度，主要包括铣削力测量仪设计制造、铣削温度测量方法、铣削工艺参数对铣削力和铣削温度的影响等；研究了异质钛合金LFJ连接区域的铣削应力模型及分布规律，主要包括铣削模型建立、工件装夹对铣削残余应力的影响、连接残余应力对后续铣削残余应力的影响、分析了铣削力和铣削温度对铣削残余应力的影响规律。.本课题结果显示，飞边与顶锻作用力、摩擦压力以及焊接时间等工艺参数有着紧密的关系。随着摩擦时间的继续增加，摩擦表面温度继续升高，在TC11钛合金摩擦表面的金属原子早已经被激活，此时，TC17钛合金摩擦表面的金属原子也已经开始活跃起来，双方金属原子不断的进入到对方界面，在高温保持下，这种活跃程度不断增加，然后在顶锻力的作用下，促使这种活跃的金属原子更深层次进入对方里面，出现塑性流动现象，最终在大变形的基础上实现TC11/TC17异质钛合金的LFJ连接。试样的残余应力分布与工艺参数之间还是有直接的关系的。在TC11钛合金一边的连接区硬度肯定低于靠近TC17钛合金一边的硬度值。常温下，随着应变速率的增加，TC11/TC17LFJ连接区材料的屈服强度和流动应力都有不同程度的增加，但其应变硬化率随着应变率的增加而逐渐趋于零。各种试样连接区域的摩擦系数平均在0.5~0.6之间。TC11钛合金、TC17钛合金以及LFJ连接部分的摩擦磨损区域出现粒状脱落、梨沟形状以及孔洞等现象，说明它们经历了磨粒磨损和滑移磨损等过程。各种试样极化曲线均没有钝化现象。腐蚀电流小，腐蚀电位为负值且小，材料具有抗腐蚀能力。四个试样的中间部位残余应力数值相对较小，这可能与连接区域残余应力的释放相互抵消消除部分残余应力有关。当温度增加，TC11钛合金塑性变化增大，以连接区域为中心，出现互扭状态。