[发明专利]避免液化裂纹的方法

说明书

本发明公开了一种避免液化裂纹的方法，包括以下步骤：获取母材，并对母材进行热处理；对热处理后的母材进行表面处理；对表面处理后的母材进行表面冲击，以在母材表面形成预设厚度的冷塑性变形层；将表面冲击后的母材放置在惰性气体下，对冷塑性变形层进行无预热热加工，以形成再结晶层阻碍液化裂纹生成。该方法操作简单，适用范围广，无需高温预热即可避免液化裂纹生成。

技术领域

本发明涉及焊接和熔覆技术领域，特别涉及一种避免热加工工程中液化裂纹的方法。

背景技术

焊接、熔覆等热加工方式在优化零件生产工艺、修复零件表面缺陷以及复杂结构件的3D打印等方面具有非常重要的工程意义和经济价值。

二元及以上元素组成的金属材料在凝固过程中发生的成分偏析是不可避免的，成分偏析导致材料晶界熔点低于晶内熔点，是材料在焊接、熔覆等过程中易产生液化裂纹的冶金因素。元素的种类越多，扩散系数越大，液化倾向就越严重。

镍基高温合金(简称镍基合金)以其优良的高温性能、抗氧化以及耐腐蚀性能，是制造航空发动机、燃气轮机热端部件不可缺少的材料。该合金在激光熔覆、焊接或激光立体成形(3D打印)过程中，极易在热影响区产生液化裂纹。液化裂纹的产生一方面和成分及冶金过程相关；Ti、Al元素是镍基合金主要强化相γ’相组成元素，随着Ti、Al含量的增加，镍基合金的高温稳定性能增加，使用温度提升；高的Ti、Al含量加剧了凝固过程中的成分偏析，扩大了合金的固液凝固区间，一些有益加入的元素也易导致低熔点相出现。另一方面和热加工过程中产生的拘束应力有关；当进行在焊接或熔覆时，冷却过程中熔池凝固收缩受到周围固体的拘束作用，而产生内应力使得液化的液膜在完全凝固前，被拉开，从而形成液化裂纹。

对于上述现象，目前解决方案主要采用高温预热的方式，来减小焊接或熔覆过程中的应力水平，达到避免液化裂纹的目的。Goodwater等人采用感应加热的方式解决了钴基/镍基合金焊接过程中的液化裂纹问题，预热温度在760℃到1150℃之间。李秋歌等在对镍基合金K465进行激光熔覆时，发现当预热温度达到800℃时，液化裂纹才能被避免。

预热方式包括整体加热和局部加热。整体加热一般是将整个结构件置于井式高温炉中，结构件越大，需要的井式炉越大，能源消耗越多；局部加热增加了结构件的内应力，易导致结构件的变形。同时预热温度高，而低温的载粉气流对待熔覆区具有明显的降温作用，必须进一步提高预热温度以消除这种不利影响。高的预热温度对设备有严苛的要求，需对设备进行一定程度的改造，增加冷却结构，设备成本极高。

因此，亟需开发一种在非预热条件下避免热裂倾向较大的金属材料在热加工过程中产生的方法。

发明内容

本发明旨在解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种避免液化裂纹的方法。

为达到上述目的，本发明提出了避免液化裂纹的方法，包括以下步骤：获取母材，并对所述母材进行热处理；对热处理后的母材进行表面处理；对表面处理后的母材进行表面冲击，以在母材表面形成预设厚度的冷塑性变形层；将表面冲击后的母材放置在惰性气体下，对所述冷塑性变形层进行无预热热加工，以形成再结晶层阻碍液化裂纹生成。

本发明实施例的避免液化裂纹的方法，通过利用激光熔覆修复液化裂纹，操作简单，适用范围广，在激光熔覆过程中无需高温预热即可阻碍液化裂纹的产生。

另外，根据本发明上述实施例的避免液化裂纹的方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述热处理属于固溶热处理，其中，所述热处理的选择由所述母材的类型和状态决定。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述表面处理包括采用铣床、磨床或砂纸等方式对所述热处理后的母材表面打磨，和/或采用超声对所述热处理后的母材表面清洗。