CN105537748A - 中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接方法,用于解决现有不锈钢的固态连接方法接头连接强度低的技术问题。技术方案是将1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件进行打磨和超声清洗,将处理好的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件固定在真空连接炉中加压连接,连接过程中采用抽真空保护,连接完成后中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件冷却到一定温度再充氩气冷却。连接过程中1Cr11Ni2W2MoV钢发生了塑性变形,实现了高性能连接。本发明中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的室温剪切强度为820MPa,与基材的室温剪切强度(860MPa)相比,接头的室温剪切强度为基材的95.3%。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢的固态连接方法,特别涉及一种中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接方法。
背景技术
1Cr11Ni2W2MoV钢是一种耐热不锈钢,已经广泛用于制造600℃以下工作的发动机叶片、盘、涡轮轴、弹簧等关键零部件。采用常规熔化焊接、高能束流焊接、搅拌摩擦焊接方法在连接不绣钢件时,存在未焊透、热影响区尺寸大、焊缝及母材热损伤、焊合区微观组织不均匀、接头连接强度不高等问题。采用上述方法制造中空型金属构件的连接制造难度更大。本发明提出的固态连接方法是将两个待连接表面贴合在一起,在一定温度下通过施加一定的外压力产生塑性变形,实现连接面的冶金结合,达到了高性能连接的目的。采用固态连接方法具有操作简便,成本低,可进行多点或大面积连接,消除连接面,接头力学性能高(接近或达到基材强度)的优势。中空型金属构件的固态连接方法是制造轻量化构件的主要方法,既可以节约稀贵金属,降低制造成本,还可以实现轻量化构件的高效、高性能精密连接。
文献1“ZG1Cr12Ni3Mo2Co2VN不锈钢的焊接工艺研究[J],王晓东,苏瑾,魏磊,刘文娜,金属加工,2010,20:52-54”报道了采用直径为1.5mm的H1Cr12Ni3Mo2CoVA等强匹配焊丝对厚度为1.7mm的ZG1Cr12Ni3Mo2Co2VN钢板材进行焊接时,选定的焊接工艺参数是:焊接电流为80A,对接装配间隙为0.3mm,保护气体流量为12L/min。ZG1Cr12Ni3Mo2Co2VN钢板材焊接后,接头的抗拉强度为986MPa,达到基材抗拉强度的89.47%。这是由于扩散氢和焊接应力的共同作用,在焊缝形成的残余应力较大,易产生裂纹等缺陷,导致接头的性能较低。
文献2“2Cr13不锈钢的激光焊接组织与性能的研究[J],余和国,赵飞,现代机械,2008,6:70-71”报道了采用焊接工艺参数:激光功率为2.4kW,扫描速度为2mm/s,光斑直径为1mm对厚度为1mm的2Cr13不锈钢板材进行焊接,在整个焊接过程中采用氩气保护。2Cr13不锈钢焊接后,接头的抗拉强度为491MPa,达到基材抗拉强度的74.39%,且拉伸断口呈现脆性断裂特征。这是由于激光焊接的熔合区为枝状晶和少量的胞状晶,热影响区是针状马氏体,导致热影响区的性能明显降低。
文献3“不锈钢搅拌摩擦焊的研究现状与发展趋势[J],王希靖,叶结和,现代焊接,2007,(2):J1-3”报道了采用焊接工艺参数:旋转速度为600rpm,焊接速度为70mm/min,预热时间为8-12s对厚度为3mm的0Cr18Ni9不锈钢板材进行焊接。0Cr18Ni9不锈钢板材焊接后,接头的抗拉强度为412MPa,达到基材抗拉强度的79.23%。这是由于搅拌摩擦焊后焊合区的微观组织不均匀,导致接头的性能降低。
发明内容
为了克服现有不锈钢的固态连接方法接头连接强度低的不足,本发明提供一种中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接方法。该方法将1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件进行SiC水砂纸打磨和超声清洗,将处理好的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件固定在真空连接炉中,进行外加压力连接,在整个连接过程中采用抽真空保护,连接完成后中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件冷却到一定温度再充氩气冷却。由于在连接过程中,1Cr11Ni2W2MoV钢发生了一定的塑性变形,促进了连接面的晶界迁移,消除了连接面的空洞缺陷,未出现溶化组织,形成了冶金结合,实现了高性能连接。本发明中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的室温剪切强度为820MPa,与基材的室温剪切强度(860MPa)相比,接头的室温剪切强度为基材的95.3%。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一、依次用80#、240#、600#、1000#、1500#SiC水砂纸逐级打磨1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接表面,然后进行超声清洗。
步骤二、将两件经步骤一处理后的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接表面对接在一起,固定在真空连接炉中的夹具上,连接面与夹具上平面保持平行。
步骤三、将真空连接炉抽真空,真空度达到8~10×10-3Pa时开始加热,加热速率为10~15℃/min。当真空连接炉内温度升到1000~1050℃时,保温10~30min。
步骤四、沿连接面垂直方向对1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件施加压力,压力中心与连接面的几何中心重合;连接压力为10~15MPa、保压时间为25~35min,在整个连接过程中保证真空连接炉的真空度为8~10×10-3Pa。
步骤五、连接结束后,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件随真空连接炉自然冷却,在整个冷却过程中真空连接炉的真空度为8~10×10-3Pa。当真空连接炉内温度降到340~360℃时,停止抽真空,充入高纯氩气,氩气压力为0.1~0.3MPa;真空连接炉的温度降到室温时,取出中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件。
本发明的有益效果是:该方法将1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件进行SiC水砂纸打磨和超声清洗,将处理好的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件固定在真空连接炉中,进行外加压力连接,在整个连接过程中采用抽真空保护,连接完成后中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件冷却到一定温度再充氩气冷却。由于在连接过程中,1Cr11Ni2W2MoV钢发生了一定的塑性变形,促进了连接面的晶界迁移,消除了连接面的空洞缺陷,未出现溶化组织,形成了冶金结合,实现了高性能连接。本发明中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的室温剪切强度为820MPa,与基材的室温剪切强度(860MPa)相比,接头的室温剪切强度为基材的95.3%。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件在温度为1000℃、压力为15MPa、时间为30min条件下连接后连接面的微观组织形貌。
图2是本发明实施例2中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件在温度为1050℃、压力为10MPa、时间为35min条件下连接后连接面的微观组织形貌。
具体实施方式
实施例1:中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接。
(1)依次用80#、240#、600#、1000#、1500#SiC水砂纸逐级打磨1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接面,在KQ-100E型超声波清洗机上进行清洗。
(2)将两件经步骤(1)处理后的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件对接在一起,放置于ZYD-60L型真空连接炉的工作台面上,并固定。
(3)将ZYD-60L型真空连接炉抽真空。当真空度达到9×10-3Pa时开始加热真空连接炉,升温速率控制在15℃/min,真空连接炉内达到1000℃时,保温10min。
(4)通过真空连接炉的压头对1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件施加15MPa的连接压力,恒温保压30min,在整个连接过程中保证真空连接炉的真空度为9×10-3Pa。
(5)连接结束后,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件随真空连接炉自然冷却,在整个冷却过程中真空连接炉的真空度为9×10-3Pa。当真空连接炉内温度降到350℃时,停止抽真空,充入高纯氩气,氩气压力为0.1MPa;真空连接炉的温度降到室温时,取出中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件。
(6)将中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件进行线切割,制取金相试样,选用100mlH2O+50mlHCl+50mlHNO3+5gFeCl3腐蚀剂进行腐蚀。在Olympus-PMG3型金相显微镜上对金相试样进行微观组织观察和照相。
(7)将1Cr11Ni2W2MoV钢、中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件加工成剪切试样,在Instron-3382型电子万能试验机上测定基材、连接件连接面的室温剪切强度。
经测试,本实施例中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的室温剪切强度为756.8MPa,与基材的室温剪切强度(860MPa)相比,接头的室温剪切强度为基材的88%。
从图1中可以看出,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的空洞基本闭合,部分晶界发生了迁移,形成了冶金结合,连接面连接效果较好。
实施例2:中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接。
(1)依次用80#、240#、600#、1000#、1500#SiC水砂纸逐级打磨1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接面,在KQ-100E型超声波清洗机上进行清洗。
(2)将两件经步骤(1)处理后的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件对接在一起,放置于ZYD-60L型真空连接炉的工作台面上,并固定。
(3)将ZYD-60L型真空连接炉抽真空。当真空度达到8×10-3Pa时开始加热真空连接炉,升温速率控制在10℃/min,真空连接炉内达到1050℃时,保温30min。
(4)通过真空连接炉的压头对1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件施加10MPa的连接压力,恒温保压35min,在整个连接过程中保证真空连接炉的真空度为8×10-3Pa。
(5)连接结束后,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件随真空连接炉自然冷却,在整个冷却过程中真空连接炉的真空度为8×10-3Pa。当真空连接炉内温度降到360℃时,停止抽真空,充入高纯氩气,氩气压力为0.3MPa;真空连接炉的温度降到室温时,取出中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件。
(6)将中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件进行线切割,制取金相试样,选用100mlH2O+50mlHCl+50mlHNO3+5gFeCl3腐蚀剂进行腐蚀。在Olympus-PMG3型金相显微镜上对金相试样进行微观组织观察和照相。
(7)将1Cr11Ni2W2MoV钢、中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件加成工剪切试样,在Instron-3382型电子万能试验机上测定基材、连接件连接面的室温剪切强度。
经测试,本实施例中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的室温剪切强度为820MPa,与基材的室温剪切强度(860MPa)相比,接头的室温剪切强度为基材的95.3%。
从图2中可以看出,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的空洞完全闭合,连接面基本消失,连接面发生了大量的晶界迁移,形成了良好的冶金结合,连接面的连接效果好。
实施例3:中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接。
(1)依次用80#、240#、600#、1000#、1500#SiC水砂纸逐级打磨1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接面,在KQ-100E型超声波清洗机上进行清洗。
(2)将两件经步骤(1)处理后的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件对接在一起,放置于ZYD-60L型真空连接炉的工作台面上,并固定。
(3)将ZYD-60L型真空连接炉抽真空。当真空度达到10×10-3Pa时开始加热真空连接炉,升温速率控制在12℃/min,真空连接炉内达到1030℃时,保温20min。
(4)通过真空连接炉的压头对1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件施加13MPa的连接压力,恒温保压25min,在整个连接过程中保证真空连接炉的真空度为10×10-3Pa。
(5)连接结束后,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件随真空连接炉自然冷却,在整个冷却过程中真空连接炉的真空度为10×10-3Pa。当真空连接炉内温度降到340℃时,停止抽真空,充入高纯氩气,氩气压力为0.2MPa;真空连接炉的温度降到室温时,取出中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件。
(6)将1Cr11Ni2W2MoV钢、中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件加工成剪切试样,在Instron-3382型电子万能试验机上测定基材、连接件连接面的室温剪切强度。
经测试,本实施例中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件连接面的室温剪切强度为816MPa,与基材的室温剪切强度(860MPa)相比,接头的室温剪切强度为基材的94.88%。
Claims (1)
1.一种中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件的固态连接方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、依次用80#、240#、600#、1000#、1500#SiC水砂纸逐级打磨1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接表面,然后进行超声清洗;
步骤二、将两件经步骤一处理后的1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件的连接表面对接在一起,固定在真空连接炉中的夹具上,连接面与夹具上平面保持平行;
步骤三、将真空连接炉抽真空,真空度达到8~10×10-3Pa时开始加热,加热速率为10~15℃/min;当真空连接炉内温度升到1000~1050℃时,保温10~30min;
步骤四、沿连接面垂直方向对1Cr11Ni2W2MoV钢待连接件施加压力,压力中心与连接面的几何中心重合;连接压力为10~15MPa、保压时间为25~35min,在整个连接过程中保证真空连接炉的真空度为8~10×10-3Pa;
步骤五、连接结束后,中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件随真空连接炉自然冷却,在整个冷却过程中真空连接炉的真空度为8~10×10-3Pa;当真空连接炉内温度降到340~360℃时,停止抽真空,充入高纯氩气,氩气压力为0.1~0.3MPa;真空连接炉的温度降到室温时,取出中空型1Cr11Ni2W2MoV钢件。
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