CN113355667B - 一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置10～30min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入烘干箱中烘烤20～30min；S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面；S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却；S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹；S5、对进行过表面微裂纹修复的模具进行表面去应力和组织均匀化热处理。该方法裂纹填充性好，且修复痕迹不明显。
Description
技术领域
本发明属于金属零件局部修复技术领域，涉及一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法。
背景技术
随着工业技术的不断进步，越来越多的先进的金属制造加工方法被创造和使用，以改善传统生产制造工艺中存在的不足并提高生产效率。在高温合金领域，其严苛的工作环境和条件要求这类合金具有极佳的组织和力学性能，而优异的坯料制造方式可以从源头上避免很多在生产制造过程中引入的缺陷。如目前常见的热等静压方法、热挤压、等温锻造等方式。然而只通过一种方式很难实现获得优异综合性能的合金，因此实际生产中往往是多种制造方式的组合使用。其中锻造方法是均匀化组织和消除内部缺陷等较为有效的加工方式，而对于镍基高温合金之类高强度的高温使用合金，其锻造模具的性能对锻件性能具有较为重要的影响，合适的模具需具备高温高强度、好的硬度、耐磨性、足够的韧性和结构的完整性，同时模具的制作成本也是锻造工艺成本的主要来源，因此通过修复微缺陷来改善模具的质量，对于保证锻件质量、提高模具的使用寿命进而降低锻造工艺成本具有重要的意义。
对于裂纹的修复，传统的修复方式有锻造、挤压和喷涂等方式，前两者适合于尺寸较大或存在于零件内部的裂纹，且适用于不受零件外形限制的坯料零件，同时修复工艺复杂且工序较长。喷涂方式常用于表面裂纹的修复，但可用于喷涂的金属品种有限，且不同的金属产品其结合强度和界面融合性也不尽相同，对于熔点高的合金实施起来难度较大。因此相对于镍基高温合金锻造模具来说，本发明中提供的粉末填充后电子束熔融的表面修复方式可很好地修复表面一定尺寸的微裂纹，且粉末材料具有与基体材料相同的化学成分，通过熔融的方式可很好的与基体材料结合并再结晶形成新的晶粒，极大改善了修复过程中易产生的界面问题，并很大程度上保持了原有基体的组织和力学性能，可操作性强，对裂纹附近基体影响小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置10～30min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入烘干箱中烘烤20～30min；
S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面；
S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却；
S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹；
S5、对进行过表面微裂纹修复的模具进行表面去应力和组织均匀化热处理。
进一步地，所述步骤S3还包括：当融化过程中金属液面低于基体表面时，补充同种金属粉末。
进一步地，所述步骤S1中烘干箱的温度为50～100℃。
进一步地，所述步骤S2中金属粉末为超高转速等离子旋转设备制备的球形金属粉末，其粒度为0-15μm。
进一步地，所述步骤S3中电子束加热装置的设备参数为：功率为2～5kW，真空度为2.0*10-2～6.0*10-2Pa。
进一步地，所述步骤S4中进行局部磨抛的砂纸为5000目，磨抛采用的抛光剂为0.5-1μm的金刚石抛光剂。
进一步地，所述步骤S5中表面去应力和组织均匀化热处理的工艺参数为：温度为590℃～810℃，保温时间2-3h，保温结束后空冷至室温。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该方法修复填充物为细粒度粉末，裂纹填充性好，且易于制造与基体同成分的粉末，对零件局部化学成分影响小；采用熔融方式补形重塑，可形成与基体紧密结合且相同的合金组织；熔化热源为小斑电子束，对修复区域附近热影响小，且修复痕迹不明显；通过热处理的方式，消除局部修复引起的表面应力并均匀化模具组织。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置10～30min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入烘干箱中烘烤20～30min；
S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面；
S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却；
S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹；
S5、对进行过表面微裂纹修复的模具进行表面去应力和组织均匀化热处理。
进一步地，所述步骤S3还包括：当融化过程中金属液面低于基体表面时，补充同种金属粉末。
进一步地，所述步骤S1中烘干箱的温度为50～100℃。
进一步地，所述步骤S2中金属粉末为超高转速等离子旋转设备制备的球形金属粉末，其粒度为0-15μm。
进一步地，所述步骤S3中电子束加热装置的设备参数为：功率为2～5kW，真空度为2.0*10-2～6.0*10-2Pa。
进一步地，所述步骤S4中进行局部磨抛的砂纸为5000目，磨抛采用的抛光剂为0.5-1μm的金刚石抛光剂。
进一步地，所述步骤S5中表面去应力和组织均匀化热处理的工艺参数为：温度为590℃～810℃，保温时间2-3h，保温结束后空冷至室温。
下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
实施例1：
本发明提供了一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，具体包括以下步骤：
S1、对一FGH4097高温合金锻件模具边缘部位2处微裂纹进行修复，先对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置10min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入60℃烘干箱中烘烤20min；
S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面，金属粉末为超高转速等离子旋转设备制备的球形金属粉末，其粒度为0-15μm；
S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却，当融化过程中金属液面低于基体表面时，补充同种金属粉末，电子束加热装置的设备参数为：加热功率为2.5kW，真空度为3.0*10-2Pa；
S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹，修复冷却后的微裂纹区先用5000目砂纸进行局部打磨，然后用抛光布蘸取1μm金刚石抛光剂抛光去除修复痕迹；
S5、将修复后的模具放入650℃热处理炉中保温2h，进行表面去应力和组织均匀化。
分别在2处微裂纹修复区域分别切取组织和力学性能试样进行性能验证，并与基体试样对比，结果如表1所示，从结果中可以看出，修复后位置的组织和力学性能可以满足材料的使用要求同时与基体性能数据差别较小。
表1修复区性能与基体性能对比：
实施例2：
本发明提供了一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，具体包括以下步骤：
S1、对一FGH4096高温合金锻件模具边缘部位2处微裂纹进行修复，先对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置15min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入80℃烘干箱中烘烤25min；
S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面，金属粉末为超高转速等离子旋转设备制备的球形金属粉末，其粒度为0-15μm；
S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却，当融化过程中金属液面低于基体表面时，补充同种金属粉末，电子束加热装置的设备参数为：加热功率为4kW，真空度为4.5*10-2Pa；
S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹，修复冷却后的微裂纹区先用5000目砂纸进行局部打磨，然后用抛光布蘸取0.5μm金刚石抛光剂抛光去除修复痕迹；
S5、将修复后的模具放入750℃热处理炉中保温2.5h，进行表面去应力和组织均匀化。
分别在2处微裂纹修复区域分别切取组织和力学性能试样进行性能验证，并于基体试样对比，结果如表2所示，从结果中可以看出，修复后位置的组织和力学性能可以满足材料的使用要求同时与基体性能数据差别较小。
表2修复区性能与基体性能对比：
实施例3：
本发明提供了一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，具体包括以下步骤：
S1、对一FGH4095高温合金锻件模具边缘部位2处微裂纹进行修复，先对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置30min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入100℃烘干箱中烘烤30min；
S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面，金属粉末为超高转速等离子旋转设备制备的球形金属粉末，其粒度为0-15μm；
S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却，当融化过程中金属液面低于基体表面时，补充同种金属粉末，电子束加热装置的设备参数为：加热功率为5kW，真空度为5.8*10-2Pa；
S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹，修复冷却后的微裂纹区先用5000目砂纸进行局部打磨，然后用抛光布蘸取0.5μm金刚石抛光剂抛光去除修复痕迹；
S5、将修复后的模具放入790℃热处理炉中保温3h，进行表面去应力和组织均匀化。
分别在2处微裂纹修复区域分别切取组织和力学性能试样进行性能验证，并于基体试样对比，结果如表3所示，从结果中可以看出，修复后位置的组织和力学性能可以满足材料的使用要求同时与基体性能数据差别较小。
表3修复区性能与基体性能对比：
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (5)
1.一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、对拟修复的镍基高温合金锻造模具表面微裂纹处喷入丙酮进行清洁，并静置10～30min，然后用压缩空气对准微裂纹处吹干，并放入烘干箱中烘烤20～30min；
S2、对烘干后的表面微裂纹内填入与基体相同的金属粉末，并采用针状工具适当压实，填埋高度稍高于基体表面，所述金属粉末为超高转速等离子旋转设备制备的球形金属粉末，其粒度为0-15μm；
S3、采用电子束加热装置对步骤S2中所述埋填好金属粉末的微裂纹进行局部微区加热融化，然后自然冷却，所述电子束加热装置的设备参数为：功率为2～5kW，真空度为2.0*10-2～6.0*10-2Pa；
S4、对步骤S3中修复冷却后的微裂纹区进行局部磨抛，去除修复痕迹；
S5、对进行过表面微裂纹修复的模具进行表面去应力和组织均匀化热处理。
2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：当融化过程中金属液面低于基体表面时，补充同种金属粉末。
3.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，所述步骤S1中烘干箱的温度为50～100℃。
4.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，所述步骤S4中进行局部磨抛的砂纸为5000目，磨抛采用的抛光剂为0.5-1μm的金刚石抛光剂。
5.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金锻造模具表面微裂纹修复方法，其特征在于，所述步骤S5中表面去应力和组织均匀化热处理的工艺参数为：温度为590℃～810℃，保温时间2-3h，保温结束后空冷至室温。
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