铣削残余应力对Al7075-T6合金应力腐蚀的影响

高性能零部件加工残余应力对其后续使用工况具有重要影响，尤其是不合理的应力分布会加剧产品的开裂或失效等缺陷。因此，针对航天零件加工需求，为保证样件厚度和观测面宽度变量一致，本文采用仿真与试验方法，对不同进给速度下铣削加工的Al7075-T6合金薄壁试件进行残余应力测量和应力腐蚀研究，探究工件表面腐蚀形貌和截面腐蚀裂纹的发展与残余应力的关系。结果表明：铣削表面和未铣削表面的连接处最先发生腐蚀破坏，随着进给速度的增加，工件表面残余拉应力增大，腐蚀坑越大，裂纹萌生速度越快，腐蚀状态越明显。当裂纹扩展深度达到残余压应力峰值处时，裂纹沿深度方向扩展速度减缓，逐渐向四周缓慢扩展。由此可知，通过合理的工艺参数优化以改善残余应力分布，能够较好的减弱由于应力引起的开裂及腐蚀等质量问题。

应力腐蚀是材料由于自身以及外在应力和腐蚀环境共同作用产生的一种失效行为，其产生条件如图1 所示。其中影响腐蚀裂纹的主要环境参数[1]包括：水的环境温度、周围介质的浓度、环境的PH 值、介质流动条件等。影响腐蚀裂纹的材料因素[2]包括：材料的化学元素、材料微观组织的结构、材料表面状况。影响裂纹的主要力学因素包括：加工过程中工件内部产生的残余应力、加工装夹过程中夹具对工件产生的外力、装配过程中产生的应力、工作时产生的应力。在外界环境和材料本身不可控制或者不可选择的情况下，控制工件加工过程中产生的应力，成为控制应力腐蚀裂纹的重要手段之一。

围绕残余应力对金属材料应力腐蚀作用的机理研究， 国内外学者做了大量尝试。

Lv [3]等人研究表明， 在实际的切削加工过程中，减少零件表面的残余应力或者将拉应力转变为压应力，可以有效地提高零件的抗腐蚀性能；Liu [4]等人采用电化学噪声方法研究了残余应力对Ti-6A-4V 合金焊接应力腐蚀开裂行为的影响，研究发现，残余应力越小的试样耐腐蚀性越好，局部腐蚀发生的时间越晚；陈恒[5]等人总结了残余应力对金属材料应力腐蚀作用机理，研究发现残余压应力可以抑制应力腐蚀行为。王军[6]等人发现在高残余应力的作用下， 即使是顶尖双相不锈钢，其抗应力腐蚀的能力也会降低，高吉慧[7]等人也发现， 残余拉应力会加速核级不锈钢应力腐蚀裂纹的生长，而残余压应力对应力腐蚀裂纹的生长具有一定阻碍作用， Yazdanpanah [8]等人进一步发现316L 不锈钢的局部腐蚀行为的临界孔隙大小会随着表面残余应力大小的增加而减少。除此之外，蒋斌[9]等人还发现相比光滑表面，粗糙表面更易腐蚀，残余拉应力会加速腐蚀而形成点蚀，但不会造成开裂。

为了有效减缓残余应力对应力腐蚀的影响， 学者们展开的大量研究。

Bao [10]等人发现双喷丸处理后的Al7075-T6 合金应力腐蚀开裂深度减少，最小值为33 μm，这可能是由于材料表面下的最大残余压应力高；贺旺[11]等人对喷丸处理前后的铝合金进行残余应力状态以及表面形貌测量， 实验结果发现：喷丸可以使得工件表面形成更大的残余压应力，从而延缓腐蚀发展时间。Suma [12]等人提出采用局部热处理