一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法技术

本发明专利技术提供一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法，本发明专利技术通过对不同电磁耦合工艺下处理的钛合金叶片进行残余应力

【技术实现步骤摘要】
一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法


[0001]本专利技术属于叶片质量评估的领域，具体涉及一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法
。

技术介绍

[0002]航空工业的发展对材料和零部件提出了更高的要求
。
风扇叶片是航空发动机的重要零部件之一，其质量的好坏直接影响发动机的可靠性和使用性能
。
叶片的工作环境十分复杂，高速运转中，叶片受到较高的离心惯性力和尾流激振等引起的高频振动应力，容易引发疲劳裂纹的产生，最终降低叶片疲劳寿命
。
一旦叶片失效，叶片碎块会对发动机造成撞击损伤甚至击穿机匣，导致发动机停车等事故
。
因此提高叶片的疲劳寿命，并制定稳定可靠的质量评价方法意义重大，影响深远
。
[0003]叶片疲劳寿命的主要影响因素是材料微观组织性能的均匀性
。
叶片在加工过程中受热不均导致的局部残余应力，成型过程中形变不均匀导致的缺陷积累等，其实质是位错塞积
、
应力集中等现象，极大程度上损害材料微观组织的均匀性，形成性能薄弱的微区，最终降低零件疲劳寿命，造成叶片失效
。
为了解决上述叶片性能不均匀的问题，现有的方法是采用时效处理
。
如自然时效和人工时效
。
时效技术虽然可以在一定程度上解决叶片性能均匀性的问题，提高叶片疲劳寿命，但也存在缺陷
。
自然时效周期长，时间空间利用率低；热处理时效设备昂贵，能源消耗大；振动时效同样高耗能，并且有可能损害零件薄弱部位
。
[0004]电磁耦合处理技术是将外加脉冲电场和磁场进行耦合后对金属零件进行强化处理，是以调控材料微观组织结构缺陷为核心的一种工艺技术
。
强化处理在专用的电磁耦合设备上进行，整个过程时间短
(
通常5‑
8min)
，耗能低，不引发材料相变，也不损害零件结构
。
通过电致塑性和磁致伸缩等效应，使材料中位错脱钉，局部位错密度降低，实现应力均化和缺陷修复，具有改善材料性能，提高零件寿命的作用
。
[0005]现有的对于叶片疲劳寿命的评价方法，主要是通过各种疲劳试验，来确定叶片疲劳强度，属于破坏性检测，并且周期长，适用对象少，难以推广，对于电磁耦合处理后的叶片，难以评价，也限制了电磁耦合处理技术在钛合金叶片性能强化方面的应用
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法，以解决目前电磁耦合处理的叶片性能波动，缺乏有效评估手段的问题
。
[0007]一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
设置实验参数，将待处理的钛合金叶片进行电磁耦合处理；
[0009]S2、
对处理后的叶片，采用
X
射线衍射法无损测量叶身多点位残余应力，获得平均残余应力状态数据；
[0010]S3、
无损测量处理后叶片的电阻率；
[0011]S4、
对处理后的叶片，进行振动疲劳测试，并获得叶片的振动疲劳寿命；
[0012]S5、
对电磁处理参数和叶片疲劳寿命进行多项式回归分析，获得电磁耦合处理工艺对叶片疲劳极限的回归模型，绘制模型二维云图；并且找出对应于最佳疲劳寿命的电磁处理工艺参数组合；
[0013]S6、
对电磁耦合工艺和叶片的平均残余应力进行回归分析，构建电磁耦合工艺参数影响叶片残余应力的回归模型；
[0014]S7、
对电磁耦合工艺和叶片的电阻率进行回归分析，构建电磁耦合工艺参数影响叶片残余应力的回归模型；
[0015]S8、
计算叶片的许可疲劳极限和模型最佳疲劳极限的偏差，可得到最佳工艺参数组合及参数波动范围，进而获得平均残余应力及电阻率的最佳值和偏差范围，以此制定叶片电磁耦合强化的质量评价标准
。
[0016]进一步地，所述
S5
中多项式回归分析采用二元多项式进行回归分析，以完全二次型构造多项式：
[0017][0018]增加高阶修正项：
[0019][0020]其中，
y
表示叶片的疲劳寿命
(*105
周次
)
，
x1
表示磁场强度
(T)
，
x2
表示电流密度
(A/mm2)
，
k
表示每一项的系数
。
[0021]两种回归模型的拟合结果如下：
[0022]完全二次式：
[0023][0024]高阶修正式：
[0025][0026]然后对两种回归拟合公式进行对比评价
。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028]本专利技术通过对不同电磁耦合工艺下处理的钛合金叶片进行残余应力
、
电阻率和振动疲劳测试，获得叶片平均残余应力
、
电阻率和疲劳寿命数据，建立电磁耦合工艺与叶片疲劳寿命
、
残余应力
、
电阻率的回归模型，并求解使叶片疲劳寿命最佳的电磁耦合工艺参数，以得到叶片疲劳寿命合格的残余应力和电阻率范围
。
[0029]通过
X
射线残余应力检测和电阻率测试，在不进行振动疲劳试验和不损伤叶片的情况下，对钛合金叶片的电磁耦合强化质量进行评价，过程便捷，可靠性高，有利于扩展电磁耦合处理技术在叶片强化中的应用
。
附图说明
[0030]图1是本专利技术电磁处理参数对疲劳寿命的回归云图
。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步描述
。
[0032]S1、
设置电磁耦合参数，对钛合金叶片进行电磁耦合处理
。
步骤
S1
中电磁耦合处理，包括：脉冲电场，采用双向脉冲，正负脉宽均为
0.02s
，正负脉冲交替，总共
1000
个为一组，一组完成后间隔
0.1s
再进行下一组，一轮实验总共进行
12
组脉冲放电
。
脉冲磁场，每
10s
放磁一次，总共放磁
24
次
。
设置脉冲磁场强度分别为
0.6T、1.2T、1.8T、2.4T
，设置电流密度分别为
10A/mm2、20A/mm2、30A/mm2
，共
12
组工艺参数组合；
[0033]S2、
对处理后的叶片，采用
X
射线衍射法无损测量叶身多点位残余应力，获得平均残余应力状态；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电磁耦合处理技术提升钛合金叶片抗疲劳性能的无损质量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
设置实验参数，将待处理的钛合金叶片进行电磁耦合处理；
S2、
对处理后的叶片，采用
X
射线衍射法无损测量叶身多点位残余应力，获得平均残余应力状态数据；
S3、
无损测量处理后叶片的电阻率；
S4、
对处理后的叶片，进行振动疲劳测试，并获得叶片的振动疲劳寿命；
S5、
对电磁处理参数和叶片疲劳寿命进行多项式回归分析，获得电磁耦合处理工艺对叶片疲劳极限的回归模型，绘制模型二维云图；并且找出对应于最佳疲劳寿命的电磁处理工艺参数组合；
S6、
对电磁耦合工艺和叶片的平均残余应力进行回归分析，构建电磁耦合工艺参数影响叶片残余应力的回归模型；
S7、
对电磁耦合工艺和叶片的电阻率进行回归分析，构建电磁耦合工艺参数影响叶片残余应力的回归模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宁，张亮，李名家，孙勇，于海涛，洪青松，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七，
类型：发明
国别省市：