CN107881309B - 一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法。本发明的开缝衬套由非晶合金带材制造，非晶合金为铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金。强化的步骤如下：确定制造开缝衬套的非晶合金带材；制备开缝衬套的坯料；安装开缝衬套；挤压强化。本发明提出了一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法，简化了制造工序，节省了制造工装，缩短了制造周期，降低了制造成本；对于超大或超小直径的孔，降低了开缝衬套的加工难度，避免了成形过程中材料硬化、开裂。

Description

一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法
技术领域
本发明属于零件表面处理技术，涉及一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法。
背景技术
开缝衬套孔挤压强化技术是目前国外航空工业应用较广泛的一种表面强化技术，主要应用于航空关键承力金属构件的孔结构上，可提高孔的疲劳寿命。该技术所用的衬套为圆筒形，筒壁沿轴向有一条切开的窄缝，故名开缝衬套。为了保证挤压过程中衬套不被挤皱或破损，要求衬套材料为高强度、高弹性的金属材料。目前，国外开缝衬套一般采用高强度或超高强度钢材质制备。开缝衬套成形技术的优劣直接关系到衬套成形质量和成形效率，从而显著影响孔挤压强化的效果。目前，国外开缝衬套的成形技术常采用薄板挤压成形技术，而国内常采用双轴柔性滚弯成形技术。上述两种技术均要先将高强度或超高强度钢轧制成厚度小于0.8mm的带材，再通过挤压成形工艺制备成圆筒状开缝衬套。由于钢材质强度较高，钢带材的轧制工艺难度较大，易出现带材厚度不均匀的问题。另外，上述两种技术均需要在孔挤压强化之前针对孔的尺寸设计制造专用的衬套成形加工工具，因而前期的准备过程较长，成本较高。再次，对于超大或超小直径的孔，上述两种成形技术的加工难度均较大，尤其是超小直径的孔，相应的开缝衬套在成形过程中材料硬化现象明显，存在较大的开裂倾向。
发明内容
本发明的目的是：提出一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法，以便简化制造工序，节省制造工装，缩短制造周期，降低制造成本；对于超大或超小直径的孔，降低开缝衬套的加工难度，避免成形过程中材料硬化、开裂。
本发明的技术方案是：一种孔挤压强化用开缝衬套，其特征在于：它由非晶合金带材制造，非晶合金为铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金；非晶合金带材的厚度为10μm～350μm，开缝衬套的展开长度小于待强化孔周长的1％～10％，开缝衬套的高度大于待强化孔的深度至少2mm。
一种孔挤压强化方法，其特征在于：使用如上面所述的开缝衬套，强化的步骤如下：
1、确定制造开缝衬套的非晶合金带材：按照下述方法确定非晶合金带材：
1.1、当待强化孔的零件的材质为钢材时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金或者钴基非晶合金；
1.2、当待强化孔的零件的材质为钛合金时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金或者钴基非晶合金；
1.3、当带强化孔的零件的材质为铝合金时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金；
2、制备开缝衬套的坯料：将非晶合金带材裁剪成矩形坯料，坯料的长度小于待强化孔周长的1％～10％、宽度大于待强化孔的深度至少2mm；
3、安装开缝衬套：将矩形坯料沿长度方向卷成一个圆筒放入待强化孔内，将圆筒展开，与待强化孔的内壁贴合，形成开缝衬套，使开缝衬套的上端口高于待强化孔的上端口至少1mm；
4、挤压强化：按照HB/Z 170-2011《航空零件的孔挤压强化》标准对待强化孔进行挤压强化。
本发明的优点是：提出了一种孔挤压强化用开缝衬套和强化方法，简化了制造工序，节省了制造工装，缩短了制造周期，降低了制造成本；对于超大或超小直径的孔，降低了开缝衬套的加工难度，避免了成形过程中材料硬化、开裂。
附图说明
图1是本发明实施例的孔边残余应力分布曲线。
图2是本发明与现有技术疲劳寿命增益效果对比图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种孔挤压强化用开缝衬套，其特征在于：它由非晶合金带材制造，非晶合金为铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金；非晶合金带材的厚度为10μm～350μm，开缝衬套的展开长度小于待强化孔周长的1％～10％，开缝衬套的高度大于待强化孔的深度至少2mm。
一种孔挤压强化方法，其特征在于：使用如上面所述的开缝衬套，强化的步骤如下：
1、确定制造开缝衬套的非晶合金带材：按照下述方法确定非晶合金带材：
1.1、当待强化孔的零件的材质为钢材时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金或者钴基非晶合金；
1.2、当待强化孔的零件的材质为钛合金时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金或者钴基非晶合金；
1.3、当带强化孔的零件的材质为铝合金时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金；
2、制备开缝衬套的坯料：将非晶合金带材裁剪成矩形坯料，坯料的长度小于待强化孔周长的1％～10％、宽度大于待强化孔的深度至少2mm；
3、安装开缝衬套：将矩形坯料沿长度方向卷成一个圆筒放入待强化孔内，将圆筒展开，与待强化孔的内壁贴合，形成开缝衬套，使开缝衬套的上端口高于待强化孔的上端口至少1mm；
4、挤压强化：按照HB/Z 170-2011《航空零件的孔挤压强化》标准对待强化孔进行挤压强化。
本发明的工作原理是：非晶合金又称金属玻璃，是一种内部结构中原子排列呈现长程无序而短程有序特征的金属合金的总称。目前已经发现的非晶合金体系主要有铁基、锆基、镍基、钛基、钴基、稀土基和铜基非晶合金，这些合金具有较大的玻璃形成能力，可通过快速凝固方法获得不同尺寸的厚度均匀的非晶合金带材。非晶合金具有高强度、高弹性和高硬度等独特的力学性能。首先，本发明利用非晶合金带材具有高弹性(压缩弹性应变大都在2％以上)的特点，可以方便地手工蜷曲成各种直径大小的圆筒，而不会发生塑性变形，当放入待强化孔中可与孔保持良好的结构一致性，从而使非晶合金开缝衬套的成形工艺简单高效，取消传统方法复杂的带材成形工艺；其次，本发明利用了非晶合金高强度和高硬度的优点，非晶合金的压缩断裂强度均高于同成分的晶态合金的压缩断裂强度，硬度也呈现类似的特点，锆基非晶合金的强度更是接近于工程陶瓷，远高于其他材料，基于此优点，采用非晶带材制备的开缝衬套有利于减小冷挤压过程中衬套的变形量，保证冷挤压强化效果。
实施例，待强化孔的零件材质为TC4钛合金，待强化孔的内径为10mm，深度为9mm。强化的步骤如下：
1、选用铁基非晶合金带材制造开缝衬套铁基非晶合金带材的厚度为30μm。
2、制备开缝衬套的坯料：将铁基非晶合金带材裁剪成矩形坯料，坯料的展开长度为30.45mm，坯料的宽度为15mm。
3、安装开缝衬套：将矩形坯料沿长度方向卷成一个圆筒放入待强化孔内，将圆筒展开，与待强化孔的内壁贴合，形成开缝衬套，使开缝衬套的上端口高于待强化孔的上端口4mm。
4、挤压强化：按照HB/Z 170-2011《航空零件的孔挤压强化》标准对待强化孔进行挤压强化。
采用上述方法对待强化孔进行挤压强化后，采用X射线残余应力测试仪测量强化孔的孔边残余应力分布，测量结果如附图1所示，由图可知，孔边形成了深度超过7mm的残余压应力层，强化效果优良。
本发明分别考核了采用本发明与现有技术强化的中心孔疲劳试样的疲劳寿命，两种技术产生的疲劳寿命增益效果如附图2所示，由图可知，本发明所用技术的疲劳寿命增益是现有技术的疲劳寿命增益的2倍。

Claims (2)

1.一种孔挤压强化用开缝衬套，其特征在于：它由非晶合金带材制造，非晶合金为铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金；非晶合金带材的厚度为10μm～350μm，开缝衬套的展开长度小于待强化孔的周长1％～10％，开缝衬套的高度大于待强化孔的深度至少2mm。
2.一种孔挤压强化方法，其特征在于：使用如权利要求1所述的开缝衬套，强化的步骤如下：
2.1、确定制造开缝衬套的非晶合金带材：按照下述方法确定非晶合金带材：
2.1.1、当待强化孔的零件的材质为钢材时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金或者钴基非晶合金；
2.1.2、当待强化孔的零件的材质为钛合金时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金或者钴基非晶合金；
2.1.3、当带强化孔的零件的材质为铝合金时，选用铁基非晶合金、锆基非晶合金、镍基非晶合金、钛基非晶合金、钴基非晶合金、稀土基非晶合金或者铜基非晶合金；
2.2、制备开缝衬套的坯料：将非晶合金带材裁剪成矩形坯料，坯料的长度小于待强化孔的周长1％～10％、宽度大于待强化孔的深度至少2mm；
2.3、安装开缝衬套：将矩形坯料沿长度方向卷成一个圆筒放入待强化孔内，将圆筒展开，与待强化孔的内壁贴合，形成开缝衬套，使开缝衬套的上端口高于待强化孔的上端口至少1mm；
2.4、挤压强化：按照HB/Z170-2011《航空零件的孔挤压强化》标准对待强化孔进行挤压强化。
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