Влияние малопластичного выглаживания на параметры поверхностного слоя образцов лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титанового сплава

Гидродробеструйное упрочнение, наиболее часто применяемое для повышения прочности и стойкости пера лопаток газотурбинного двигателя, создает благоприятную эпюру остаточных напряжений сжатия на поверхности пера и позволяет увеличить предел выносливости до 19 %. Однако при таком методе упрочнения глубина остаточных напряжений сжатия составляет не более 0,2 мм, чего недостаточно для обеспечения требуемого уровня усталостной прочности лопаток при повреждении кромок типа забоины вследствие попадания посторонних предметов на глубину до 1 мм. Для повышения стойкости лопаток к попаданию посторонних предметов предложен перспективный метод упрочнения — малопластичное выглаживание. Для оценки эффективности метода выбрана титановая лопатка первого каскада компрессора газотурбинного двигателя. Малопластичному выглаживанию подвергали зону кромок пера лопаток шириной 5 мм. Установлено, что поверхность пера лопатки после такого упрочнения удовлетворяет требованиям конструкторской документации по шероховатости. Глубина остаточных напряжений сжатия при малопластичном выглаживании, превысила 0,3 мм, что больше, чем при гидродробеструйной обработке. Микроструктура лопаток после упрочнения не изменилась, а микрорельеф их поверхности в зоне упрочнения представлял собой множество углублений в виде параллельных дорожек шириной 0,1 мм. Выходная кромка лопаток оказалась сильно деформированной с наличием волнистости и утонения, что можно объяснить неправильным подбором режима упрочнения.
EDN: LWOOQO, https://elibrary/lwooqo

Литература

[1] Подзея А.В., ред. Технологические остаточные напряжения. Москва, Машиностроение, 1973. 216 с.

[2] Горохов В.А. Чистовая обработка титановых сплавов. Москва, Машиностроение, 1975. 107 с.

[3] Горохов В.А., Спиридонов Н.В. Способы отделочно-упрочняющей обработки материалов. Минск, Технопринт, 2003. 96 с.

[4] Горохов В.А. Обработка деталей пластическим деформированием. Киев, Технiка, 1978. 192 с.

[5] Папшев Д.Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками. Москва, Машиностроение, 1968. 132 с.

[6] Mahajan D., Tajane R. A review on ball burnishing process. Int. J. Sci. Res. Publ., 2013, vol. 3, no. 4, pp. 1–8.

[7] Dzierwa A., Markopoulos P.A. Influence of ball-burnishing process on surface topography parameters and tribological properties of hardened steel. Machines, 2019, vol. 7, no. 1, art. 11, doi: https://doi.org/10.3390/machines7010011

[8] Attabi S., Himour A., Laouar L. et al. Mechanical and wear behaviors of 316L stainless steel after ball burnishing treatment. J. Mater. Res. Technol., 2022, no. 15, pp. 3255–3267, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.09.081

[9] Инструментальные технологии улучшения металлических поверхностей. URL: https://www.rp-ural.ru/wp-content/uploads/2021/05/Ecoroll_RU.pdf (дата обращения: 15.09.2023).

[10] Attabi S., Himour A., Laouar L. et al. Effect of ball burnishing on surface roughness and wear of AISI 316L SS. J. Bio. Tribo Corros., 2021, vol. 7, no. 1, art. 7, doi: https://doi.org/10.1007/s40735-020-00437-9

[11] Capilla-González G., Martánez-Ramírez I., Díaz-Infante D. et al. Effect of the ball burnishing on the surface quality and mechanical properties of a TRIP steel sheet. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2021, vol. 116, no. 11–12, pp. 3953–3964, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-021-07715-x

[12] Livatyali H., Has E., Türköz M. Prediction of residual stresses in ball burnishing TI6AL4V thin sheets. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2020, vol. 110, no. 4–5, pp. 1083–1093, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-020-05837-2

[13] López de Lacalle L.N., Lamikiz A. et al. The effect of ball burnishing on heat-treated steel and Inconel 718 milled surfaces. The Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2007, vol. 32, no. 9, pp. 958–968, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-005-0402-5

[14] Loll N.H., Tam S.C., Miyazawa S. Investigations on the surface roughness produced by ball burnishing. Int. J. Mach. Tools Manuf., 1991, vol. 31, no. 1, pp. 75–81, doi: https://doi.org/10.1016/0890-6955(91)90052-5

[15] El-Axir M.H. An investigation into roller burnishing. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2000, vol. 40, no. 1, pp. 1603–1617, doi: https://doi.org/10.1016/S0890-6955(00)00019-5

[16] El-Taweel T.A., El-Axir M.H. Analysis and optimization of the ball burnishing process through the Taguchi technique. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2009, vol. 41, no. 3, pp. 301–310, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-008-1485-6

[17] Klocke F., Bäcker V., Wegner H. et al. Influence of process and geometry parameters on the surface layer state after roller burnishing of IN718. Prod. Eng. Res. Devel., 2009, vol. 3, no. 4, pp. 391–399, doi: https://doi.org/10.1007/s11740-009-0182-0

[18] Han К., Zhang D., Yao C. et al. Studies and optimization of surface roughness and residual stress in ball burnishing of Ti60 alloy. J. of Materi. Eng. and Perform., 2022, vol. 31, no. 5, pp. 3457–3470, doi: https://doi.org/10.1007/s11665-021-06457-x

[19] Sequera А., Fu C.H., Guo Y.B. et al. Surface integrity of Inconel 718 by ball burnishing. J. of Materi. Eng. and Perform., 2014, vol. 23, no. 9, pp. 3347–3353, doi: https://doi.org/10.1007/s11665-014-1093-6

[20] Golden P.J., Shepard M.J. Life prediction of fretting fatigue with advanced surface treatments. Mater. Sci. Eng. A., 2007, vol. 468–470, pp. 15–22, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.10.168

[21] Lavrys S.M., Pohrelyuk I.M., Lukyanenko A.G. Fatigue limit of two-phase titanium alloy after surface deformation-diffusion treatment. JOM, 2023, vol. 75, no. 4, pp. 1251–1260, doi: https://doi.org/10.1007/s11837-022-05659-5

[22] Rotella G., Rinaldi S., Filice L. Roller burnishing of Ti6Al4V under different cooling/lubrication conditions and tool design: effects on surface integrity. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2020, no. 106, no. 1, pp. 431–440, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-019-04631-z

[23] Tang J., Luo H.Y., Zhang Y.B. Enhancing the surface integrity and corrosion resistance of Ti-6Al-4V titanium alloy through cryogenic burnishing. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, no. 88, no. 9–12, pp. 2785–2793, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-016-9000-y

[24] Jerez-Mesa R., Travieso-Rodr?guez J.A. et al. Comprehensive analysis of surface integrity modification of ball-end milled Ti-6Al-4V surfaces through vibration-assisted ball burnishing. J. Mater. Process. Technol., 2019, no. 267, pp. 230–240, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.12.022

[25] Velazquez-Corral E., Wagner V., Jerez-Mesa R. et al. Wear resistance and friction analysis of Ti6Al4V cylindrical ball-burnished specimens with and without vibration assistance. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-023-10919-y