鈦合金制品加工過程中由于不均勻塑性變形、溫度場等諸多因素的影響，會在零件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力除影響材料力學(xué)性能外，在鈦合金制品使用過程中，應(yīng)力的釋放會導(dǎo)致材料發(fā)生一定程度變形甚至開裂，帶來失效風(fēng)險及安全隱患。目前，鈦合金制品領(lǐng)域成熟的殘余應(yīng)力消除方法主要有熱時效及振動時效兩種。熱時效指通過將工件加熱到一定溫度，保溫一定時間后進行緩冷，高溫下殘余應(yīng)力釋放產(chǎn)生蠕變引起應(yīng)力松弛達到降低殘余應(yīng)力的目的；振動時效指在振動時效設(shè)備的支持下，金屬工件內(nèi)部產(chǎn)生持續(xù)時間為0.5h左右的亞共振振動，在材料內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形釋放能量，從而降低工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。與熱時效相比，振動時效擁有時效后材料表面無氧化、生產(chǎn)效率高、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強等特點，在復(fù)雜鈦合金制品的殘余應(yīng)力降低方面有著不可替代的優(yōu)勢。目前針對鈦合金的殘余應(yīng)力研究多集中于使用單一檢測手段表征鍛態(tài)材料的切削或焊接過程殘余應(yīng)力，對鑄態(tài)材料切削過程的殘余應(yīng)力積累與振動時效、熱時效比對鮮有研究。本文通過測量不同切削量加工、不同時效方式處理后的ZTC4鈦合金板塊殘余應(yīng)力，比對分析了不同切削量和時效方式對ZTC4殘余應(yīng)力的影響，為鈦合金鑄件制品在工程化生產(chǎn)中的殘余應(yīng)力控制提供支持。一、試驗材料與方法1、試驗材料試驗材料為6塊銑床加工的ZTC4鑄態(tài)鈦合金板塊，規(guī)格為δ30mm×100mm×100mm?；瘜W(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Al6.10,V3.90,Fe0.143,C0.012,N0.01,H0.0011,O0.146。原始組織為粗大晶粒的鑄態(tài)組織，低倍組織如圖1所示。超聲波探傷等級滿足GB/T5193-2020《鈦及鈦合金加工產(chǎn)品超聲檢驗方法》A級要求，內(nèi)部無缺陷，在進行實驗前經(jīng)去應(yīng)力熱時效預(yù)處理，時效制度為700℃/40minAC。圖1試驗用ZTC4鈦合金板塊低倍組織1.2試驗方案對板塊分別編號1#—6#,分為三組，使用立式銑床按組進行切削加工，每組間切削量按一定值遞減。對同一切削量的板塊分別進行振動時效或熱時效，在板塊原料熱時效、立銑切削加工及最終去應(yīng)力時效后分別使用超聲波法測量殘余應(yīng)力。具體試驗方案見表1,切削加工參數(shù)見表2。

二、試驗結(jié)果與分析2.1原料殘余應(yīng)力分析原料板塊經(jīng)熱時效處理去應(yīng)力后殘余應(yīng)力數(shù)值為，1#板塊90.0MPa，2#板塊88.5MPa，3#板塊97.0MPa，4#板塊96.0MPa，5#板塊105.5MPa，6#板塊106.5MPa?？梢娊?jīng)熱時效去應(yīng)力的板塊殘余應(yīng)力均為正值，即拉應(yīng)力，數(shù)值大小介于88.5MPa至106.5MPa。這是因為，試驗所用原料板塊為鑄錠機加工制得，鑄錠在熔煉冷卻過程中內(nèi)外層冷卻速度存在差異，鑄錠各部位在不同冷速作用下收縮不均勻。與鑄錠內(nèi)層相比，外層冷卻速度較高，體積收縮量較大，內(nèi)層受到外層體積收縮的影響受拉為拉應(yīng)力狀態(tài)，鑄錠完全冷卻后最終體現(xiàn)為內(nèi)層拉應(yīng)力狀態(tài)，外層壓應(yīng)力狀態(tài)。本次實驗所用板塊原料來源在鑄錠內(nèi)部，后續(xù)切削機加加工過程引入的壓應(yīng)力無法完全抵消材料的拉應(yīng)力，因此熱時效后材料殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力。2.2不同切削加工量對殘余應(yīng)力的影響不同切削量加工前后板塊殘余應(yīng)力見表3。可見切削加工后板塊殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力，這表明切削加工中較大壓應(yīng)力的引入抵消了板塊中殘余的拉應(yīng)力，導(dǎo)致殘余應(yīng)力方向改變。比對應(yīng)力變化與切削量數(shù)值大小，可知兩者呈正相關(guān)。切削量引入應(yīng)力平均值、增長量的關(guān)系如圖3所示。分析可知，試驗條件下，5mm切削量即可引入約200MPa殘余壓應(yīng)力，隨著切削量的增加引入應(yīng)力增長幅度小。2.3不同時效方式對殘余應(yīng)力的消除效果試驗板塊時效前后殘余應(yīng)力及應(yīng)力變化見表4。分析可知，在試驗條件下，時效前殘余應(yīng)力數(shù)值越大，時效所能去除的應(yīng)力越多，應(yīng)力去除率越高，振動時效及熱時效對ZTC4鈦合金的去應(yīng)力效果相當(dāng)且與時效前殘余應(yīng)力量的數(shù)值大小成正相關(guān)。熱時效采用加熱去應(yīng)力后空冷的方式進行，冷卻過程中會引入一定的壓應(yīng)力，且工件厚度越大，引入壓應(yīng)力越高。由于本次試驗熱時效制度非完全再結(jié)晶退火，不能完全去除殘余應(yīng)力，所以檢測結(jié)果為時效后殘余應(yīng)力與冷卻過程壓應(yīng)力的疊加值，測量殘余應(yīng)力值越低，冷卻壓應(yīng)力占比越大，導(dǎo)致應(yīng)力去除率越低。3、結(jié)論(1)通過切削加工引入殘余應(yīng)力數(shù)值與切削量呈正相關(guān)，試驗條件下5mm切削量即可引入約200MPa殘余壓應(yīng)力，隨著切