【摘 要】
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镍基合金叶片是高推比航空发动机中最重要的热端部件,而形状复杂的榫齿是叶片关键部位,起着连接发动机涡轮盘与涡轮叶片的重要功能。残余应力作为叶片榫齿表面完整性的重要评价指标,对榫齿、乃至叶片的抗疲劳性能具有显著影响。同时,叶片榫齿作为航空发动机中的配合件,工作环境十分恶劣,具有温度高、转速高的特点,导致榫齿与榫槽之间极易发生严重的微动磨损而造成航空发动机故障。然而,目前国内外在镍基合金叶片榫齿的残余应
【基金项目】
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两机专项课题； 航空发动机企业委托课题；
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镍基合金叶片是高推比航空发动机中最重要的热端部件,而形状复杂的榫齿是叶片关键部位,起着连接发动机涡轮盘与涡轮叶片的重要功能。残余应力作为叶片榫齿表面完整性的重要评价指标,对榫齿、乃至叶片的抗疲劳性能具有显著影响。同时,叶片榫齿作为航空发动机中的配合件,工作环境十分恶劣,具有温度高、转速高的特点,导致榫齿与榫槽之间极易发生严重的微动磨损而造成航空发动机故障。然而,目前国内外在镍基合金叶片榫齿的残余应力预测与微动磨损方面的研究尚存在严重不足,制约了航空发动机性能提升。有鉴于此,本文以DD6单晶镍基合金涡轮叶片榫齿为研究对象,开展了缓进深切成形磨削镍基合金叶片榫齿的残余应力与微动磨损研究,主要创新工作与研究结果如下:（1）基于砂轮表面磨粒-工件之间的强接触作用、并结合磨削热-力-结构耦合效应,建立了DD6单晶镍基合金叶片榫齿磨削过程的三维温度场与残余应力场仿真模型。相比传统砂轮-工件作用模型,显著提升了缓进深切成形磨削耐高温材料的残余应力预测结果的准确性。（2）探明了叶片榫齿磨削过程的三维温度场、应力场和残余应力场特征,揭示了叶片榫齿成形磨削过程温度与磨削残余应力变化规律,并进行了试验验证。研究发现,磨削过程中最高温度与残余压应力出现在齿顶区域,而沿叶片榫齿轮廓,从齿顶至齿根,磨削残余应力逐渐由压应力转变为拉应力。（3）揭示了微动磨损试验参数对镍基合金磨削表面摩擦系数和磨损体积的影响规律,阐明了微动磨损区域横截面显微组织结构的演变特征,研究了磨削加工对镍基合金微动磨损性能的影响。研究发现,随着试验载荷增大,摩擦系数及磨损体积会减小,并且磨削表面具有更强的抗微动磨损性能。本文的研究工作有利于提升我国镍基合金叶片榫齿磨削加工表面完整性水平与叶片服役能力。同时,残余应力预测与微动磨损的研究方法也可推广应用于航空发动机其他零部件制造技术研究,对于提升航空发动机服役能力具有重要意义。
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