CN102994923B

CN102994923B - 一种钛合金浅层裂纹的高能复合修复方法

Info

Publication number: CN102994923B
Application number: CN201210465114.4A
Authority: CN
Inventors: 王欣; 汤智慧; 宋颖刚; 王强; 田帅
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: CN102994923A

Abstract

本发明属于表面修复技术，涉及一种钛合金浅层裂纹的高能复合修复方法，修复浅层裂纹，并提高钛合金零件的疲劳寿命。利用喷丸后处理配合高能脉冲电子束改性的方法对由于服役损伤而有微小裂纹存在于近表面的钛合金零件表面进行复合修复，可以修复深度小于20μm的钛合金表层裂纹，表面处理后在钛合金表面产生深度大于50μm，数值大于300MPa的表面残余压应力层，提高疲劳强度。该技术工作效率高、工艺控制精度高，环保无污染，经济可靠，适于推广。

Description

一种钛合金浅层裂纹的高能复合修复方法

技术领域

本发明属于表面修复技术，涉及一种钛合金浅层裂纹的高能复合修复方法，修复浅层裂纹，并提高钛合金零件的疲劳寿命。

背景技术

钛合金零部件在环境（微小颗粒物冲击）服役的过程中可能会产生近表层微小裂纹，微小裂纹的存在会降低实际零部件的疲劳性能。通常采用的方法是定期维修，维修过程中采用喷丸技术，由于喷丸本身能量不足，需要较大的强度，才可能使部分浅层裂纹闭合，工艺控制难度大，且在零件继续服役的过程中，闭合的裂纹也容易开裂，影响零件的可靠性。

之前的合金零件的浅层裂纹多采用喷涂或单独的高能束的方法来进行修复。喷涂和单独高能束的修复方法能够通过填充物或基体熔化来修补裂纹，但这些方法均对合金疲劳性能有不利影响，不适用于处于交变载荷下服役的钛合金零件。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于处于交变载荷下服役的钛合金零件的钛合金浅层裂纹的高能复合修复方法。本发明的技术解决方案是，（1）采用脉冲电子束设备对钛合金材料进行处理，使用脉冲次数为5～30次，单个脉冲时间为50μs～200μs，脉冲能量为10J/cm²～30J/cm²；（2）.采用喷丸技术对完成高能脉冲电子束改性的钛合金零件进行后处理，喷丸强度为0.05A～0.25A，喷丸表面覆盖率为100%～300%，采用的弹丸是铸钢丸、陶瓷丸或玻璃丸。

本发明具有的优点和有益效果，使用喷丸后处理配合高能脉冲电子束改性的方法对由于服役损伤而有微小裂纹存在于近表面的钛合金零件表面进行复合修复，可以修复深度小于20μm的钛合金表层裂纹，表面处理后在钛合金表面产生深度大于50μm，数值大于300MPa的表面残余压应力层，提高疲劳强度。本发明首先采用是脉冲高能电子束改性，利用脉冲电子束将材料快速加热使材料的表面达到熔化温度再进行急剧冷却，形成表面层细晶组织，在融化-快速凝固的过程中消除微小裂纹。此外，本发明采用喷丸作为后处理工序，用于在表面形成残余压应力场，提高疲劳抗力，起到了抗疲劳的复合强化的效果。

附图说明

图1是未处理的存在许多微小裂纹的钛合金表面；

图2是经过高能复合改性处理过的钛合金表面；经过改性处理之后，表面微小裂纹消失，取而代之的是喷丸后的弹坑。

具体实施方式

采用喷丸后处理配合高能脉冲电子束改性处理对钛合金零件浅层裂纹进行修复维修，用于提高材料的表面性能，保证零件的使用可靠性。本技术有以下几方面技术特点。

（1）脉冲次数：5次～30次；

（2）单个脉冲持续时间：50μs～200μs；

（3）脉冲能量：10J/cm²～30J/cm²；

（4）纳米结构深度：0μm～15μm；

（5）纳米结构尺寸：小于100nm；

（6）喷丸强度：0.05A～0.25A；

（7）喷丸表面覆盖率：100%～300%；

（8）可使用的弹丸：陶瓷丸、铸钢丸及玻璃丸。

具体步骤如下：

一、采用脉冲电子束设备对钛合金材料进行处理。

1开机

启动设备，加载高压。

2工件

2.1处理检查：检查工件表面质量，进行吹砂处理。

2.2清洗

a.将工件放在5～10%水基清洗剂溶液的超声波清洗机中清洗10～15min；

b.用清水漂洗干净（干净叶片表面应有均匀水膜附着，否则应重新清洗），脱水，吹干；

c.真空干燥。

3工件装挂

3.1对真空干燥箱充气，取出工件；

3.2将工件装于专用夹具上；

3.3将装有工件的夹具装于真空室的工位上。

4冲击前处理

4.1真空度P<6.67×10^-3Pa时，进行冲击处理

4.2开真空室，确定真空计及高阀均处于关闭状态，向真空室充气。

4.3抽真空

a.关真空室门，开低阀；

b.真空度P<4.5Pa时，开高阀。

4.4预先加热，使钛合金零件处于300℃～400℃。

5脉冲能量电子束冲击改性

5.1要求电子束枪能够与工件表面呈75°或以上角度进行冲击；

5.2控制电子束枪，使相关工艺参数达到以下要求，以下工艺参数可根据裂纹深浅进行调节，裂纹较深的（大于15μm），可采用以上参数的上限值。

a.脉冲次数：5次～30次；

b.单个脉冲持续时间：50μs～200μs；

c.脉冲能量：10J/cm²～30J/cm²；

5.3冲击完成后自然随炉冷却。

6去除工件，检查表面质量

二、采用喷丸技术对完成高能脉冲电子束改性的钛合金零件进行后处理：

1．检查喷丸设备的机械部分、电器部分、控制部分、循环水系统，应处于正常工作状态，检查压力容器，应处于正常状态，并有足够的气量和压力；

2．开启设备，开启旋转功能，打开抽风设备；

3．将弧高度试片专用夹具放入喷丸室内，并装夹在旋转工作台上；确定喷嘴与试片的距离和角度。

4．首批零件喷丸时应确定喷丸强度，方法如下：

4.1．打开压力阀，压力应控制为0.05MPa～0.3MPa。经过一定时间后，关闭压力阀，卸下试片以非喷丸面为基准面测量其弧高值。卸下的喷丸试片不应再次使用。

4.2．重复步骤4.1，用经不同时间喷丸的4～6片试片，并确定喷丸强度。若获得的喷丸强度不在0.05A～0.25A之间时，应重新调整喷丸压力，重复以上步骤，直到喷丸强度符合要求为止。当获得的喷丸强度在0.05A～0.25A之间时，方可进行首批零件的喷丸。

4.3．操作人员记录角度、距离、压力、喷丸强度等参数。

4.4．除首批外的其他批零件喷丸前应对A试片进行喷丸，喷丸后测试喷丸强度。喷丸强度符合0.05mmA～0.25mmA要求，即可进行该批零件的喷丸，否则应按照首批零件喷丸强度确定的方法重新确定喷丸强度。

5．将待喷零件装夹到夹具中，并将夹具固定在喷丸室的旋转工作台上。

6．调整喷枪，打开压力阀，把空气压力调节到本批零件试片喷丸记录的空气压力值，开始喷丸。

7．根据零件形状选择合适的喷丸时间，完成零件喷丸。

8．检查表面质量。

Claims

1.一种钛合金浅层裂纹的高能复合修复方法，其特征是，（1）采用脉冲电子束设备对钛合金材料进行处理，使用脉冲次数为5～30次，单个脉冲时间为50μs～200μs，脉冲能量为10J/cm²～30J/cm²；（2）.采用喷丸技术对完成高能脉冲电子束改性的钛合金零件进行后处理，喷丸强度为0.05A～0.25A，喷丸表面覆盖率为100%～300%，采用的弹丸是铸钢丸、陶瓷丸或玻璃丸。