在一个约垂直于加载轴线（１）的凹槽（３）内，对受加载轴线（１）方向负荷的零件（２）进行滚压硬化的方法，该凹槽（３）有一最小曲率半径（４），该曲率半径（４）可在一个平行于加载轴线（１）的截面内得以确定，其中凹槽（３）在好些沿加载轴线（１）方向相邻且大约垂直于加载轴线（１）的轨道上受到滚压硬化，这些轨道中的每一条仅覆盖凹槽（３）的一部分，在滚压硬化过程中，在零件（２）的凹槽（３）下会产生残余压应力， 其特征在于，残余压应力具有沿加载轴线（１）的轴向分量（１７）和切向分量（１８），其中轴向分量（１７）显著地较切向分量（１８）大。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种对受加载轴线方向负荷的零件的凹槽的滚压硬化方法，该凹槽有一个最小的曲率半径，该曲率半径可在一个关于加载轴线的径轴向截面内得以确定，其中凹槽在一些沿加载轴线方向相邻且约垂直于加载轴线的轨道上受到滚压硬化，这些轨道中的每一条仅覆盖凹槽的一部分，在滚压硬化过程中，在零件的凹槽下会产生残余压应力。本专利技术尤其涉及对如涡轮机叶片的金属零件的滚压硬化，其中这种零件的凹槽应加以滚压硬化，这种凹槽尤其是用以固定零件的制动槽。尤其是用在一个涡轮机转子上并相应受到较大的工作离心负荷的涡轮机叶片具有许多制动槽，它们沿加载轴线方向以两个相互对称的序列设置并啮入涡轮机转子上相应的夹头内。零件的滚压硬化同打光表面的压平以及只有微小变形的定径滚压一起被归入一般概念“表面精密滚压”中，这在德国材料检测协会(已注册登记)的一本名为“提高零件强度的滚压硬化和打光压实”的书中有详细的说明。在此书中收集了在1982年召开的八方会议“工作范围内的工作强度”(Arbeits Kreises Betriebsfestig-keit)中发表的科学报告。手头上的这份说明就涉及到B.Fuchsbau-er的报告“试棒滚压硬化后的疲劳特性”中的第23页及下页，还涉及到R.Prummer和R.zeuer的报告”CK 45试件滚压硬化后的内应力生成和疲劳强度的试验”的第63页及下页。因此滚压硬化通常是由硬质合金所制的球状小滚轮来进行变形的表面加工，其目的在于提高零件的使用寿命，尤其是在零件受到振动裂纹腐蚀下的耐用性。在滚压硬化时，零件表面一部分产生弹性变形，一部分产生塑性变形；这一方面提高了受加工材料表面以及较浅表层的硬度同时另一方面在表面下产生残余压应力。该残余压应力可能适合于防止材料表面产生裂纹。因此残余压应力产生了这样的适用性，即防止材料产生振动疲劳裂纹腐蚀。避免由振动裂纹腐蚀所带来的危险在燃气轮机或蒸汽轮机的涡轮机叶片的设计和生产中是一个重要的方面。本文开头所述方式的滚压硬化方法出自DE 40 15 205 Cl专利，其中零件具有一个有待用滚压硬化处理的凹槽，该零件是一涡轮机叶片。其主要目的不在于滚压硬化方法本身，而在于为滚压硬化一定的凹槽或沟槽提供适合的工具。在DE-PS 689 912专利中也涉及到滚压硬化的过程，其中不是在本文开头所述的受滚压硬化的那种零件，而是具有轴向滚柱轴承的辊道的一平面圆环。DE 36 01 541 A1专利涉及通过用滚动的球来滚压硬化一工件上的孔的表面以改善孔的表面光洁度。该滚压硬化优先这样进行，即球沿着孔的轴线推进，这样球就可在许多相邻的且均平行于孔轴线的轨道上滚压孔。这样就可能在工件内产生残余压应力，其在孔轴线的切向上有主要分量。现有技术中众所周知的对零件上凹槽的滚压硬化总是以这样的方式进行，即一球状滚轮同凹槽的形状相配，滚轮滚动时对凹槽施加相应的挤压力。这表明在滚压硬化过程中产生的残余压应力为各向异性且绝大部分指向凹槽的纵向。这样这些残余压应力只能有限地适合于抵消本文开头所述零件(尤其是沿垂直于凹槽的加载轴线方向受负荷的涡轮机叶片)上的工作负荷。在此意义上本专利技术的目的在于对本文开头所述的在一大约垂直于加载轴线的凹槽内对受加载轴线方向负荷的零件进行滚压硬化的方法作进一步的发展，即使残余压应力能够更好地对准所受负荷。本专利技术用以在一大约垂直于加载轴线的凹槽内滚压硬化受加载轴线方向负荷的零件的目的是这样实现的，即该凹槽有一最小曲率半径，该曲率半径可在一个平行于加载轴向的截面内得以确定，其中凹槽在一些沿加载轴线方向相邻且约垂直于加载轴线的轨道上受到滚压硬化，这些轨道中的每一条仅覆盖凹槽的一部分，在滚压硬化过程中，在零件的凹槽下会产生残余压应力，其特征在于，残余压应力具有沿加载轴向方向的轴向分量和与加载轴线相切的切向分量，其中轴向分量比切向分量大。本专利技术基于这样的认识，即通过在相邻的分别部分覆盖凹槽的一些轨道上进行滚压硬化使残余压应力可产生90°的翻转。这样开始大约垂直于加载轴线的残余压应力在经过完全的滚压硬化后指向加载轴线方向，因而特别适合于抵消沿加载轴线方向受到的负荷。这样也就能够尤其在涡轮机叶片上，有效地防止在凹槽中产生裂纹和振动裂纹腐蚀。“凹槽下”的残余压应力应当具有某种特性的提法也表明，在凹槽内的一较小表面范围内，由表面到较浅层(钢制工件的标准深度为0.2mm)之间不作考虑。首先由此说明，表层较深层不同，由于产生滚压飞边和滚压痕，表层受到强度很大的搓揉。它会以很难理解的方式影响和决定表面层的材料特性。因此主要注意力应放在表层下的材料层受影响上，这在避免裂纹产生方面就足够了。这样滚压硬化零件的凹槽有这样特别的优点，即在表层下0.6mm深度内，残余压应力的轴向分量大约比其切向分量大50％。其另一优点在于，残余压应力的轴向分量值在表层下1.5mm深度内为大约500牛顿/mm2。上述措施的每一个，最好是两项措施的结合可保证残余压应力有这样的特性，即有效地防止涡轮机叶片在预计的负荷下产生裂纹和振动裂纹腐蚀。其另一优点在于，滚压硬化凹槽的轨道设计为相互重叠搭接。用此方法可在已产生的残余压应力和新的滚压过程中产生的残余压应力之间产生交替作用，以便在完成滚压硬化后促进产生所期望的残余压应力。当然在滚压硬化过程中也使凹槽的表面更加光滑。最好每个轨道最高时只能覆盖凹槽的六分之一，这样一来就要求有大量的滚压过程以完全滚压硬化凹槽，这也特别有利于实现产生期望的残余压应力。这滚压硬化还有这样进行的另一优点，即每条轨道由一个球状滚轮滚过，这滚轮有一最大的球半径，该半径明显较凹槽最小的曲率半径还小。为滚压硬化凹槽可只利用一个唯一的滚轮，它挨个滚过所有的轨道；但是也可设想用好些所述类型的滚轮去滚压硬化凹槽。这最后所述的措施优先适合应用于滚压硬化具有相对较复杂截面的凹槽。凹槽在滚压硬化后最好进行附加的打光压实，这可通过一唯一的滚轮来进行，该滚轮覆盖凹槽全部受滚压硬化的区域且其形状与凹槽的形状充分匹配。通过打光压实可清除掉零件凹槽表面的更小的不平度，这样可再次改善表面质量，尤其是改善其耐腐蚀强度。打光压实最好用一个可同时覆盖大量轨道的滚轮进行，这样尤其在两相邻轨道间滚压硬化时可能产生的棱边就被清除了，而且还可用简单方法保证在打光压实时滚轮作用在凹槽上的压力与滚压硬化时的作用力间有一适当的比例。比较有利的做法是在打光压实时作用在凹槽上的压力明显较滚压硬化时的压力小。特别有利的做法是在打光压实时同时覆盖凹槽的所有滚压硬化轨道，这样需完成设置一个唯一的适用于此的滚轮。必要的话滚轮可多次滚压凹槽，无论如何可以按本专利技术进行滚压硬化之后采用简单的方法和较少的费作来实现光滑的凹槽表面。本专利技术的任一设计尤其适合于滚压硬化金属制零件的凹槽，尤其适用于钢制零件中，例如铬钢制零件。其中作为铬钢尤其是X20Cr13钢是比较合适的；这种钢尤其经常应用于涡轮机叶片。按专利技术有待进行处理的零件也可由另一种金属如钛和钛合金制成。将本专利技术方法应用于高强度材料(尤其是高强度钢或高强度钛合金)制零件非常重要。如已提及那样，本专利技术方法尤其适用于涡轮机叶片，其中凹槽是一种制动槽。首先将这方法这样应用在涡轮机叶片上具有特别的优点，即同时滚压硬化两相互对置的制动槽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·西格，迪特尔·蒂勒，汉斯·瓦格纳，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：
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