Optimization of Roller Burnishing Parameters for Concave Circular-arc Surfaces of Turbine Disk Mortise Grooves

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.007

Abstract

Abstract:

To address the issues of reduced fatigue life in concave arc regions of GH4169 superalloy turbine disk mortise grooves due to stress concentration， the influences and mechanism of roller burnishing parameters on machined surface integrity indicators and specimen fatigue performance were investigated. The results demonstrate that， increasing the roller burnishing force significantly improves surface quality and enhances the fatigue performance of the specimens. Increasing the number of roller burnishing passes further improves surface quality， while increasing the roller burnishing feed rate diminishes the strengthening effect. Under the conditions of a roller burnishing force of 425 N， three roller burnishing passes， and a feed rate of 1 mm/s， the maximum fatigue cycles of the specimen reache 6.84×10⁵， which is double that of the non-strengthened specimen.

Key words: roller burnishing, GH4169 superalloy, turbine disk mortise groove, surface integrity, fatigue life

摘要：

为解决GH4169高温合金涡轮盘榫槽凹圆弧区域应力集中导致疲劳寿命缩短的问题，研究了滚压参数对加工表面完整性指标和试件疲劳性能的影响规律和机理。研究结果表明，增大滚压力可显著改善表面质量，提高试件的疲劳性能；增加滚压次数可进一步改善表面质量；提高滚压进给速度会减弱强化效果。滚压力425 N、滚压3次、滚压进给速度1 mm/s时，试件的最大疲劳循环次数为6.84×10⁵，较未强化试件提高了1倍。

关键词: 滚压强化, GH4169高温合金, 涡轮盘榫槽, 表面完整性, 疲劳寿命

CLC Number:

TG376

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Figures/Tables 10

Tab.1 Mechanical properties of superalloy GH4169at room temperature（25 ℃）

弹性模量E/GPa

屈服强度

σ_s/MPa

Fig.1 Schematic of turbine disk tenon-groove concave arc

Fig.2 Equivalent specimen structure schematic

Fig.3 Roller burnishing tools and on-site images of the roller burnishing process

Tab.2 Roller burnishing parameters

序号	滚压力F_r/N	滚压进给速度v_f/（mm·s $- 1$ ）	滚压次数n_r
1	0	0	0
2	225	1	3
3	425	1	3
4	675	1	3
5	675	1	1
6	675	1	2
7	675	2	3
8	675	3	3

Tab.2 Roller burnishing parameters

序号	滚压力F_r/N	滚压进给速度v_f/（mm·s $- 1$ ）	滚压次数n_r
1	0	0	0
2	225	1	3
3	425	1	3
4	675	1	3
5	675	1	1
6	675	1	2
7	675	2	3
8	675	3	3

Fig.4 Surface topography observation results

Fig.5 Effect of rolling parameters on surface roughness

Fig.6 Effect of rolling parameters on subsurface microhardness and surface residual stress

Fig.7 Surface layer metallographic observation results

Fig8 Effect of rolling parameters on specimen fatigue life

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