[發明專利]一種通過晶界鋸齒化處理改善鐵鎳基合金焊接性的方法

有效

• 申請號: 201610402358.6
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN107470766B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 趙明久;戎利建;閆德勝;姜海昌;胡小鋒;宋元元;陳勝虎;王本賢
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K37/00
• 代理公司: 21234 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張志偉

本發明涉及鐵鎳基合金焊接領域，具體地說是一種通過晶界鋸齒化處理改善鐵鎳基沉淀強化奧氏體合金(J75)焊接性的方法，解決現有鐵鎳基合金焊接性不佳、易形成接頭熱影響區晶界液化裂紋的問題。采用控冷熱處理方法，促使高能晶界鋸齒化，改變高能晶界處偏聚的硼、鈦元素分布狀態，增加晶界液化裂紋形成抗力，改善合金焊接性，具體為：高溫短時保溫處理→緩冷(控制冷卻速度)處理→中溫保溫處理→緩冷(控制冷卻速度)處理→時效處理→空冷→真空電子束焊接的工藝路線。本發明方法處理的鐵鎳基合金的焊接接頭強度在980MPa以上，甚至達到1040MPa以上，與母材的強度系數可達0.9以上，接頭沖擊韌度α_kU在1500KJ/m²以上，甚至達到1520KJ/m²以上。

技術領域

本發明涉及鐵鎳基合金焊接領域，具體地說是一種通過晶界鋸齒化處理改善鐵鎳基沉淀強化奧氏體合金(J75)焊接性的方法。

背景技術

隨著航空、航天和核能利用等高科技領域的發展，對所用材料和器件提出了更高的要求。由于強度偏低，如：304、310、316以及316L等單相奧氏體不銹鋼已不滿足各個領域的使用要求。沉淀強化型奧氏體合金是在單相奧氏體合金基礎上，通過Ti、Al等元素的合金化發展起來的，該類合金在時效態下使用，通過析出與基體具有共格關系的強化相γ′-Ni₃(Al,Ti)獲得高強度和良好塑性匹配。該類合金的高強度源于與基體具有共格關系的強化相γ′-Ni₃(Al,Ti)，典型的合金如：國內的J75合金。

在航空、航天、化工及能源領域作為結構材料使用時，不可避免的遇到連接問題。應提到的是，鐵鎳基(J75)合金由于合金化程度高，其焊接性不佳，易于形成焊接接頭熱裂紋，特別是易于形成接頭熱影響區晶界液化裂紋。由于液化裂紋(如圖1)具有沿奧氏體晶界開裂、裂紋尺寸微小(一般在0.5mm以下)、無損檢測無能為力、顯微觀察才能發現的特點，嚴重危害鐵鎳基合金構件的使用安全。

研究發現，鐵鎳基合金接頭液化裂紋形成原因主要與二個因素有關，首先，為保證鐵鎳基(J75)合金的室溫力學性能(高強度)，需要析出足夠數量的γ′-Ni₃(Al,Ti)強化相，因此要添加1.60～2.30％(質量分數)的鈦，而鈦是易晶界偏析元素，在焊接熱循環過程中會導致接頭熱影響區晶界液化裂紋形成；其次，更為重要的是，為保證合金的高溫性能，合金中添加了微量元素硼，而硼是強晶界偏聚元素，具有強烈的致接頭熱影響區晶界液化裂紋形成能力。通過焊接方法和工藝的優化，如采用真空電子束焊接替代普通的熔化焊(鎢極氬弧焊)，雖可在一定程度上降低接頭熱影響區晶界液化裂紋的傾向，但由于強晶界偏聚元素Ti、B的存在，合金形成接頭熱影響區晶界液化裂紋的風險依然很大。如何通過合金改性處理，提高鐵鎳基合金的焊接性，在本體上抑制鐵鎳基合金接頭熱影響區晶界液化裂紋的形成依然急迫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過晶界鋸齒化處理改善鐵鎳基合金(J75)焊接性的方法，解決現有鐵鎳基合金焊接性不佳、易形成接頭熱影響區晶界液化裂紋的問題。

本發明的技術方案是：

一種通過晶界鋸齒化處理改善鐵鎳基合金焊接性的方法，鐵鎳基合金為沉淀強化奧氏體合金，采用控冷熱處理方法，包括如下步驟：

(1)鐵鎳基合金板材在960～1030℃保溫10～20min；

(2)將步驟(1)中保溫處理后的板材隨爐冷卻至840～860℃，冷卻速度控制為2～5℃/min；

(3)將步驟(2)控制冷卻后的鐵鎳基合金在840～860℃保溫1～3h；

(4)將步驟(3)保溫處理后的鐵鎳基合金隨爐冷卻至730～750℃，冷卻速度控制為7～10℃/min；