熱時效加振動時效，更有效去除葉輪鑄造殘余應力

更新時間：2022/5/7  點擊數：794

    葉輪是水汽輪機、發動機、風機和壓縮機等產品的關鍵部件，其作用是對流過的液體或氣體進行增壓或能量轉換，其常用的材料有鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁和非金屬材料等。按其結構形式可將葉輪分為閉式葉輪、半開式葉輪和開式葉輪3 類，其中閉式葉輪由葉片和前后蓋板組成。 閉式葉片通常為不規則曲面，且曲面的翹曲度大、壁厚薄，對尺寸精度、形狀公差及表面粗糙度等質量要求高，鑄造工藝繁雜。在葉輪的鑄造、熱處理過程中，工件內部會產生殘余應力，而殘余應力會降低工件的實際承載能力、使工件變形或產生尺寸變化、加速應力腐蝕、減低疲勞壽命，因此消除工件內部的殘余應力尤為重要。

消除殘余應力的辦法

退火
將工件提升到一定溫度，保溫一段時間后，隨爐降溫，可以使工件內部晶粒產生位錯滑移和位錯攀移，從而達到快速消除殘余應力的目的。去除殘余應力的過程促進了平衡相的形成和析出，這些平衡相尺寸粗大，會嚴重影響工件的力學性能，并不適合鋁合金閉式葉輪去除殘余應力。
熱時效
熱時效是將金屬放置在加熱爐中，經過升溫、保溫和降溫3 個過程，使金屬迅速膨脹和收縮，從而降低材料的屈服極限。加工完成后，殘余應力高的地方就會超出屈服極限，使工件產生晶格滑移和微小的塑性變形，從而將殘余應力釋放、降低和均化。該工藝的優點是能夠大幅降低殘余應力，若爐溫均勻，嚴格控制升、降溫度可消除50% ～ 70% 的殘余應力。
振動時效
振動時效技術是一項環保型新技術，在該技術的基礎上出現了智能型振動時效設備。目前，人們已經在焊接件、鑄件、壓力容器件、柴油機機身和水泥設備等方面進行了應力消除研究，并取得了一定的成果。但是，振動時效需要根據工件的形狀、大小等具體結構設計不同的工藝參數，工藝較復雜且難掌握。

    熱時效和振動時效是兩種常見的消除應力技術。對于葉輪而言，因其薄壁結構、高尺寸精度要求、高力學性能要求等特點，并不適合長時間熱時效，也不適合強力的振動時效，否則將無法保證葉輪的尺寸精度和力學性能要求。因此，合理的熱時效和振動時效相結合的辦法應運而生。

    通過兩種方式的有效結合，并設置不同的參數，可有效降低薄壁鋁合金葉輪鑄件的應力。當進氣口外圓直徑為500 mm 時，熱時效溫度為180 ℃，振動時效偏心距1.5 mm 為最佳應力去除參數。