[發(fā)明專利]深冷處理在消除鈦合金電子束焊接殘余應(yīng)力中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310397977.7
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN104419884B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐連勇;曾慶繼;韓永典;荊洪陽
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 王秀奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是屬于金屬材料的熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，涉及到鈦合金電子束焊接接頭的熱處理，特別涉及到降低鈦合金電子束焊接接頭殘余應(yīng)力的深冷處理應(yīng)用。

背景技術(shù)

電子束焊接功率密度高，可獲得大熔深、小變形、高精度、高潔凈度的焊接接頭。因此電子束焊接近年來被廣泛應(yīng)用于航空鈦合金的焊接。然而，鈦合金在焊接過程中，由于高度集中的瞬時熱輸入和隨后的快速冷卻，必會在焊接工件上產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在不僅降低了接頭的承載能力，引起脆性斷裂，而且還會增加接頭的應(yīng)力腐蝕破裂傾向。同時焊接冷卻后也存在著各區(qū)組織不均勻、疲勞強(qiáng)度較低等問題，這些因素對鈦合金整體焊接結(jié)構(gòu)的性能和壽命有重要影響。因此,焊后采取合理處理技術(shù)對焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行有效控制,優(yōu)化組織，大大提高焊接接頭的使用壽命具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。研究成果可廣泛應(yīng)用于倡導(dǎo)輕質(zhì)化的飛機(jī)機(jī)身、發(fā)動機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、導(dǎo)彈、火箭、艦船和深潛器的承力構(gòu)件及功能構(gòu)件等領(lǐng)域，能大大提高其綜合性能和使用壽命，應(yīng)用前景廣闊。

深冷處理又稱超低溫處理,是指以液氮為制冷劑,在-130℃以下對材料進(jìn)行處理而達(dá)到給材料改性的一種新方法,它是常規(guī)冷處理的一種延伸。深冷處理能使金屬組織中的過多殘余奧氏體轉(zhuǎn)化成馬氏體以部分消除殘余應(yīng)力、細(xì)化晶粒、使碳化物在組織中均勻分布。目前,深冷處理不僅用于高速鋼、軸承鋼、工模具鋼的處理,以提高材料的耐磨性和韌性；同時還用于對鋁合金、銅合金、硬質(zhì)合金、塑料和玻璃等材料進(jìn)行改性,以改善材料的均勻性和提高尺寸穩(wěn)定性,減少變形和提高其使用壽命等。同樣深冷也能夠使鈦合金中殘留β相轉(zhuǎn)化為馬氏體α相，析出第二相等，進(jìn)而能夠降低焊接接頭中的殘余應(yīng)力和提高組織的均勻性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈦合金電子束焊接接頭深冷處理工藝，減小焊接接頭中較高的殘余應(yīng)力，同時改善接頭組織均勻性與尺寸穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

深冷處理在消除鈦合金電子束焊接殘余應(yīng)力中的應(yīng)用，在對鈦合金進(jìn)行電子束焊接之后，不對焊接接頭做任何處理，直接進(jìn)行深冷處理，選擇液氮溫度為-185—-196℃。

在實施時，可考慮直接將焊接工件置于液氮環(huán)境下進(jìn)行深冷處理，深冷保溫時間選擇為2—48小時，優(yōu)選24—48小時。

在實施時，還可先將焊接工件置于液氮的表面上停留以達(dá)到預(yù)冷效果后，例如30—60min后，再置于液氮環(huán)境下進(jìn)行深冷處理，深冷保溫時間選擇為2—48小時，優(yōu)選24—48小時。

在實施時，在完成深冷處理后選擇直接將工件置于空氣中自然升溫至室溫（例如20—25℃）即可。

本發(fā)明的深冷處理工藝的效果和益處是能夠有效減低鈦合金電子束焊接接頭的殘余應(yīng)力；與其他處理方法相比，操作簡單、工藝環(huán)保；同時還能夠改善接頭組織，提高尺寸穩(wěn)定性。通過表2和表3可以看出，經(jīng)過24小時深冷處理后，鈦合金電子束焊接接頭的殘余應(yīng)力大幅減小，并可以看出，隨著深冷時間延長，殘余應(yīng)力水平下降，超過24小時后，殘余應(yīng)力不再降低。通過圖1到圖5中的金相照片可以看出，與未深冷處理的電子束焊接接頭相比，深冷處理后的焊接接頭在近縫區(qū)析出大量的第二相。

附圖說明

圖1是未深冷處理金相照片（500倍）。

圖2是深冷處理2小時金相照片（500倍）。

圖3是深冷處理15小時金相照片（500倍）。

圖4是深冷處理24小時金相照片（500倍）。

圖5是深冷處理48小時金相照片（500倍）。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。由OLYMPUS?GX51光學(xué)顯微鏡拍攝金相照片；采用盲孔法，依照國家標(biāo)準(zhǔn)CB?3395-1992執(zhí)行，以測試板件焊縫周圍多點的殘余應(yīng)力大小。選擇深圳精恒譽(yù)模具五金商行提供的鈦合金TC4進(jìn)行電子束焊接，TC4材料成分如下表1所示：

表1??TC4材料成分

選用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)電子束焊接工藝對鈦合金TC4進(jìn)行電子束焊接，在完成焊接后，采用的是液體法進(jìn)行深冷處理，即將接頭放入裝有溫度在-185—-196℃液氮的密封罐中進(jìn)行深冷處理。

實施例1：