海上油气田的勘探开发需要有大量的原动机提供动力。随着科学的进步,近儿年来燃气轮机的用量在不断增加,燃气轮机压缩机组作为海上钻井平台运行的关键动力设备获得了广泛的应用。但是,在燃气轮机压缩机组叶片的生产过程中,其锻造与热处理工序会产生较大的残余应力,这使得叶片在后续机加工过程中出现翘曲变形而最终导致大量报废,严重影响了燃气轮机的正常生产交付。也就是说,热加工产生的残余应力是影响叶片生产质量的关键。因此,木文选用具有高强度、高韧性的叶片制造合金2A02铝合金,利用残余应力测试方法及有限元模拟手段,研究叶片制造工序以及制造工艺过程与残余应力的关系,并提出残余应力有效的消减方法,为现有的叶片制造工艺的改进和叶片质量的提高提供科学的依据。在残余应力测试方法方面,通过综合比较几种残余应力测试方法,确定了显微压痕硬度法可以作为2A02铝合金残余应力测试方法,并实现了对该塔形或半塔形试样残余应力分析的应用。后续对叶片实物的残余应力采用X射线衍射法测试与显微压痕硬度法测试进行比较,表明显微压痕硬度法的测试结果及趋势与X射线衍射法是相当的,认为在工程上不具备测试条件的情况下,显微压痕硬度法可以替代X射线衍射法测试残余应力。基于残余应力复杂的产生过程、分布情况及影响因素,本文首先利用Gleeble-1500热模拟实验对2A02铝合金的锻造过程进行了研究。结果表明,2A02铝合金流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率增加而增加;构建了该合金本构方程,得到了热变形激活能为201.7kJ·mol-1；研究了其组织演化行为,当2A02铝合金变形程度较低时(变形量为10%、20%),主要软化机制是动态回复：当变形量增大到40%时,合金的软化机制由动态回复向动态再结品转化：当变形量达到60%时,合金内存在动态再结品晶粒,软化机制体现为几何动态再结晶。通过显微压痕硬度法测定了不同变形条件下的残余应力,发现随着变形量的增大,合金的动态再结晶逐步发生,残余应力逐渐增大。其次,对2A02铝合金淬火过程的残余应力进行了研究,实验分析测定了淬火温度、淬火保温时间、冷却方式对残余应力的影响以及组织变化对残余应力的影响。结果表明,铝合金表面残余应力随着淬火温度的升高而升高,随着淬火时间的增加而降低,但是变化幅度不是很大。残余应力是由淬火过程中水冷引入的,是由温度梯度的存在产生的热应力。最后,分析测定了不同时效温度、不同时效时间下的样品表面残余应力,并采用透射电镜观察了在170℃、190℃时效温度下析出相的形貌及分布。结果表明,当时效温度为170℃、时效时间为16h时,时效过程中的析出相S相数量较多、尺寸较大,对残余应力的释放具有较大影响,残余应力的消减达到100MPa左右。时效对残余应力有一定消减效果,但仍有剩余残余应力。190℃时效过程对残余应力消减效果不明显。时效过程中残余应力的变化实际上是热应力减小、组织应力增大的过程。为了研究零件结构复杂性、约束条件对残余应力的影响,本人设计了塔形、半塔形试样。并结合显微压痕硬度法及ANSYS有限元模拟系统研究了塔形和半塔形试样淬火后残余应力分布规律,分析了结构复杂性、约束条件与残余应力分布之间的关联性,认为厚度相同时,随着约束条件的增多,样品内部残余应力的绝对值趋于减小；约束条件相同时,随着样品厚度的增加,残余应力的绝对值亦趋于减小；在多种影响因素下,揭示出应力场分布受样品厚度影响较大的规律。利用NSYS有限元软件重点对2A02铝合金叶片淬火过程产生的残余应力进行了模拟分析,表明2A02铝合金叶片锻件淬火过程热应力随时间变化比较复杂；同时通过对比分析认为40℃左右的水淬温度比较适合于该铝合金叶片的淬火过程；通过X射线衍射法和显微压痕硬度法对叶片锻件淬火后表面残余应力进行了测试,测试结果为叶片表面的残余应力分布都是近叶根处残余压应力绝对值最大,近叶片顶部的残余压应力的绝对值最小,中间部位残余压应力数值处于两者中间。两种测试方法所得结论大致相当,并与ANSYS有限元模拟结论的趋势是吻合的。同时提出,近叶根部位是淬火过程中残余应力分布最为敏感的部位。在工程实际中,淬火工艺一定的情况下,应重点分析近叶根部位的残余应力。采用双线性模型和多线性模型分析了模压法对残余应力消减程度的影响,认为模压法对2A02铝合金叶片的淬火残余应力的调整、消减有显著作用。根据叶片实物实验确定压下量为1.56mm可以明显消减残余应力的结果,将模压法进行了工程验证,获得了良好的效果。