[發明專利]一種預測無磁鋼連接界面氮化物的方法

有效

• 申請號: 202210517852.2
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114749744B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王星星;常嘉碩;李陽;楊健;何鵬;方乃文;溫國棟;龍偉民;崔大田;倪丁瑞;杜全斌;賈連輝;彭進;李帥;李剛;倪增磊
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/20;G16C20/30;G16C60/00;B23K103/04
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 張換君

本發明公開了一種預測無磁鋼連接界面氮化物的方法，包括：對無磁鋼界面進行預處理，開展高溫釬焊實驗；進行物相表征；建立并優化相關空間群晶體結構模型，對不同氮化物的性能進行評定；選取并構建最穩定的氮化物/釬料界面三維模型，對不同氮化物與釬料的結合性能進行評定；基于對不同氮化物的性能進行評定的結果以及對不同氮化物與釬料的結合性能進行評定的結果，獲取無磁鋼界面的氮化物預測結果。本發明使用第一性原理計算模擬預測無磁鋼連接界面氮化物與釬焊接頭性能，僅需釬焊實驗后對界面氮化物析出相進行表征、計算，即可預測分析不同相對釬焊接頭力學性能影響規律，方法簡單、可行。

技術領域

本發明屬于焊接與連接數值計算模擬領域，特別是涉及一種預測無磁鋼連接界面氮化物的方法。

背景技術

現有技術中，無磁鋼主要用于煤炭、石油領域。無磁鋼也稱無磁性鋼或非磁性鋼，指沒有鐵磁性且不能被磁化的鋼，磁導率μ≤1.319×10^-6h/m，屬Fe-Mn-Al-C系列奧氏體，具有高硬度、高耐磨性、高強度、低導磁率等優點，成為電力、軌道交通運輸、建筑等民生行業與選礦采礦、船舶、超導材料、核工業等大型高端裝備制造產業的重要材料。隨著經濟社會發展，上述領域對無磁鋼材料的需求越來越大。

現有的無磁鋼領域研究大多數都集中在無磁鋼制備方法與無磁鋼組織性能分析，僅對無磁鋼的制備、物理性能與組織變化進行研究，對于無磁鋼鉆鋌連接尤其是釬焊連接界面氮化物方面研究卻鮮有涉及。

在釬焊過程中，由于Cr₂N、Cr₂₃C₆等脆性相會對接頭強度造成不利影響，如何快速、高效的預測無磁鋼釬焊連接界面氮化物性能是無磁鋼領域的難點之一。因此，急需提出預測無磁鋼連接界面氮化物的方法完善煤炭、石油等無磁鋼相關領域的研究，提高無磁鋼連接件的生產效率與產品質量。

發明內容

本發明的目的是提供一種預測無磁鋼連接界面氮化物的方法，以解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種預測無磁鋼連接界面氮化物的方法，包括：

對無磁鋼待連接界面進行預處理，并對經過預處理的無磁鋼界面進行高溫釬焊，獲得連接界面氮化物析出相；

基于測試設備儀器對所述無磁鋼連接界面的氮化物析出相進行物相表征；

基于物相表征的結果建立若干個氮化物晶體結構模型，對若干個所述氮化物晶體結構模型進行結構優化；

對若干個所述氮化物晶體結構模型的性能進行評定，獲取穩定的所述氮化物晶體結構模型；

基于穩定的若干個所述氮化物晶體結構模型構建若干個界面模型，對若干個界面模型的結合性能進行評定；

基于對若干個所述氮化物晶體結構模型的性能進行評定的結果以及對若干個所述界面模型的結合性能進行評定的結果，獲取無磁鋼連接界面的氮化物預測結果。

可選地，對無磁鋼待連接界面進行預處理的過程包括：對所述無磁鋼待連接界面進行表面打磨、清洗；所述打磨包括：采用1000-1500#的碳化硅紙依次打磨；所述清洗包括：在丙酮溶液中超聲波清洗3-5分鐘，去除氧化膜和油污。

可選地，對經過預處理的無磁鋼界面進行高溫釬焊的過程包括：將釬焊溫度設定為1020℃-1150℃，真空度設定為10^-3Pa至10^-2Pa，保溫時間設定為15-20min，對無磁鋼界面進行高溫釬焊后冷卻至室溫。

可選地，所述氮化物晶體結構模型包括CrN模型、Cr₂N模型、AgN模型和MnN模型。