等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種等軸晶鑄造機(jī)件再熔鑄修復(fù)方法，采用與機(jī)件成份相近的合金粉末，粒度為-300目～180目，分別加入軟化溫度呈10℃～50℃的梯度分布的二種合金粉末，粒度為-300目～260目和-300目，加入為總量的4wt%～10wt%，并加入粘接劑制成修復(fù)材料A；采用含有的鉭、釔合金元素的合金粉末，并加入粘接劑混合制成膏狀修復(fù)材料B；修復(fù)時(shí)按25wt%～30wt%的配比將A和B材料涂敷在缺陷處后進(jìn)行烘干，送入真空爐燒結(jié)完成再熔鑄修復(fù)方法，能獲得較高機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化性、抗腐蝕性和較低氣孔率的修復(fù)組織，且不需要特別的擴(kuò)散處理。特別適用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)熱端部件的大缺陷和高應(yīng)力區(qū)域修復(fù)。
【專利說明】等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種等軸晶鑄造的高溫合金機(jī)件在使用中產(chǎn)生的腐蝕、裂紋、燒蝕、磨損等缺陷修理方法，尤其是鎳基等軸晶鑄造的高溫合金機(jī)件的缺陷再熔鑄修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油、電力和航空領(lǐng)域大量使用的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子和靜子機(jī)件，因工作在高溫腐蝕燃?xì)猸h(huán)境下，大量采用等軸晶高溫合金鑄造機(jī)件。等軸晶鑄造高溫合金是用普通精密鑄造方法成型鑄造高溫合金。組織以大小不等的等軸晶為主，局部可有少量柱狀晶。按基體兀素來分，聞溫合金又分為鐵基、鎮(zhèn)基、鉆基等聞溫合金。目如，在先進(jìn)的發(fā)動機(jī)上，聞溫合金已占發(fā)動機(jī)總重量的一半，不僅渦輪葉片及燃燒室，而且渦輪盤甚至后幾級壓氣機(jī)葉片也開始使用高溫合金。由于等軸晶鑄造高溫合金機(jī)件在使用過程中產(chǎn)生的常見性故障主要為裂紋、腐蝕、掉塊、磨損和燒蝕等。目前對等軸晶高溫合金鑄造復(fù)雜機(jī)件損傷故障修復(fù)主要采用釬焊修復(fù)，其修復(fù)方法主要有氟離子加真空釬焊修復(fù)，以及高熔點(diǎn)粉末和低熔點(diǎn)粉末混合或分層進(jìn)行真空燒結(jié)修復(fù)等。如:2010年2月《中國表面工程》第23卷第I期第80-87頁公開的一種新的高溫合金葉片粉末冶金再制造方法，該方法包括(I)原料粉末(含降熔元素)與粘接劑的制備，(2)粉末與粘接劑混合，(3)混合料涂覆于待修復(fù)區(qū)并成型，
(4)脫脂，(5)真空燒結(jié)和擴(kuò)散熱處理，(6)修型。該方法不足之處是:(I)混合料為了保證修復(fù)組織有較低的氣孔率，修復(fù)處將加入大量的降熔元素，導(dǎo)致了修復(fù)組織的機(jī)械性能較低，(2)修理周期長，修理成本高，需要分三個(gè)不同階段進(jìn)行脫脂和長時(shí)間擴(kuò)散處理。
[0003]中國專利號200510088280.7 (
【公開日】為2006年02月15日)公開了一種“再生燃?xì)廨啓C(jī)靜葉片的方法”，該方法包括研磨在表面的氧化層和裂紋，將與葉片材料等效的材料與低于等效材料熔點(diǎn)的釬料置于裂紋處，在高壓惰性氣氛下對所述填充部分進(jìn)行熱處理，從而熔化所述釬焊材料，通過使熔化的釬焊材料擴(kuò)散入裂紋部分來實(shí)施釬焊處理。該方法的不足之處在于:(I)在等效材料和釬料中沒有加粘接劑，導(dǎo)致等效材料和釬料在裂紋處的難以保持，(2)為了保證修復(fù)組織有較低的氣孔率，采用的等效材料與釬料的混合方法，修復(fù)處將加入大量的降熔元素，會導(dǎo)致修復(fù)組織的機(jī)械性能較低。
[0004]中國專利號200910248657.9 (
【公開日】為2011年06月29日)公開了一種渦輪導(dǎo)向葉片缺陷的修補(bǔ)方法，采用膏狀合金粉(FGH741)填充缺陷，然后在已被填充的缺陷地周邊涂敷膏狀釬料(B_Ni65CoCrWBMoAlNb)，比例為各百分之50wt%，之后烘干，修復(fù)操作，真空釬焊。該方法的不足之處是，采用比例為50wt%合金粉與釬料，修復(fù)組織中的硼、硅、磷等降熔元素較高，合金粉末之間形成的骨架狀孔隙，易導(dǎo)致修復(fù)組織的機(jī)械性能較低。
[0005]上述方法為了保證釬焊組織中的氣孔率，一般合金粉末與釬料的配比在40wt%以上，修復(fù)組織中的硼、硅、磷等降熔元素較大，需要通過長時(shí)間的高溫?cái)U(kuò)散處理，才能將降熔元素?cái)U(kuò)散均勻，但總量還是很高。因此對一些大面積的高溫合金鑄造機(jī)件的損傷打傷、燒傷、材料缺失故障，且要求較高機(jī)械性能的區(qū)域，修復(fù)組織難以滿足使用要求，同時(shí)需要較長時(shí)間的擴(kuò)散處理，這樣會增加機(jī)件的熱損傷，延長機(jī)件的修復(fù)周期和增加修復(fù)成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種能夠提高修復(fù)組織機(jī)械性能，不用擴(kuò)散處理，并能獲得較高機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化性、抗腐蝕性和較低氣孔率的再熔鑄修復(fù)方法，本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法，其特征在于包括如下步驟:
1)采用與機(jī)件基體材料化學(xué)成份相近，粒度在-300目?180目合金粉末作為再熔鑄修復(fù)材料的第一組份；然后在第一組份合金粉末中加入粉末粒度-300目?260目，軟化溫度低于第一組份合金粉末10°C?50°C，加入量為總量4wt%?10wt%的第二組份合金粉末；再加入合金粉末粒度小于-300目，軟化溫度低于第二組份合金粉末10°C?50°C，加入量為總量4wt%?10wt%的第三組份合金粉末，然后將上述三組份合金粉末進(jìn)行充分混合，再加入8wt%?15wt%的粘接劑混合，攪拌混合2小時(shí)后制成膏狀再熔鑄修復(fù)材料A ;
2)然后將含有0.4 wt%?1.0wt%的鉭、釔等元素的第四組份合金粉末，加入8wt%?15wt%的粘接劑，攪拌混合2小時(shí)后制成膏狀再熔鑄修復(fù)材料B ；
3)將上述A材料涂敷在用機(jī)械加工方法去缺陷的修復(fù)部位，再在A材料表面再涂敷相對于A材料重量25wt%?30wt%的B材料，將涂敷好的機(jī)件在120°C?160°C下，烘干4h，然后送入真空爐中進(jìn)行真空燒結(jié)；
4)真空燒結(jié)中，真空爐的真空度低于10_5mbar以下，以8°C/min?10°C /min的速率升溫至1020°C，保溫15分鐘?30分鐘，再以2V /min?6°C /min的速率升溫至1180°C保溫5分鐘，再用15°C /min的速率升溫至1200°C?1230°C，保溫2.0h以上。
[0007]本發(fā)明相比于現(xiàn)有方法具有如下有益效果:
1)提高了修復(fù)組織的機(jī)械性能，同時(shí)真空釬焊后不用進(jìn)行擴(kuò)散處理。本發(fā)明采用基體合金成份相近、不同粒度、軟化溫度呈梯度分布的多組份合金粉末混合體系與粘接劑混合組成雙組份的修復(fù)材料，中間配合特定的升溫速率和采用鉭、釔抗氧化元素的釬料，可促使降熔元素均勻分布在修復(fù)組織中，有效降低硼、硅、磷等降熔元素在修復(fù)組織中的比例，減少合金粉末之間形成的骨架狀孔隙，能獲得較高機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化性、抗腐蝕性和較低氣孔率的修復(fù)組織，真空燒結(jié)后不需要特別的擴(kuò)散處理；
本發(fā)明采用軟化溫度呈梯度分布的多組份合金粉末體系，配合特定升溫速率和添加鉭、釔抗氧化元素，擴(kuò)大了合金的固溶度范圍，提高了合金化程度、高溫強(qiáng)度和工作溫度，創(chuàng)制出強(qiáng)度和使用溫度更高的合金再熔鑄修復(fù)材料，并保持相當(dāng)高的強(qiáng)化效果。本發(fā)明采用不同的速率升溫和保溫時(shí)間，以及梯度升溫真空燒結(jié)熱處理可以使粉末冶金高溫合金熔鑄修復(fù)材料獲得高強(qiáng)度的合金組織，使修復(fù)組織的成分更加均勻；
2)本發(fā)明采用含有少量的鉭、釔等抗氧化元素的第四組份合金粉末和粘接劑混合組成修復(fù)組織釬料，可以提高修復(fù)組織的抗氧化性和抗腐蝕性，修復(fù)部位組織的抗氧化性和抗腐蝕性接近于基體組織；
3)應(yīng)用本發(fā)明的方法不需要長時(shí)間的擴(kuò)散處理的修復(fù)方法，修復(fù)組織最小氣孔率可達(dá)0.08wt%o
[0008]本發(fā)明可用于機(jī)件的打傷、燒傷、材料缺失故障的大面積高強(qiáng)度修復(fù)。特別適合于地面和航空燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的渦輪導(dǎo)向葉片的大缺陷和高應(yīng)力區(qū)域的修復(fù)，如:渦輪導(dǎo)向葉片的內(nèi)、外緣板大面積燒穿，進(jìn)、排氣邊的掉塊，安裝定位槽的局部大尺寸磨損等需要局部材料再生修復(fù)部位。
【具體實(shí)施方式】
[0009]根據(jù)本發(fā)明，按下述步驟完成再熔鑄修復(fù)材料的制備和再熔鑄修復(fù):
1)采用與機(jī)件材料化學(xué)成份相近，粒度在-300目?180目之間的第一組份合金粉末，合金粉末材料包括鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金；
2)在第一組份合金粉末中加入第二組份合金粉末(商售)4wt%?10wt%，該合金粉末的軟化溫度(合金在一定的高溫下產(chǎn)生塌陷)為第一組合金粉末的10°C?50°C范圍內(nèi)任意取值，粉末粒度在-300目?260目范圍內(nèi)任意取值；
3)在第一組份合金粉末中加入第三組份合金粉末(商售)4wt%?10wt%,該合金粉末的軟化溫度為第二組合金粉末10°C?50°C范圍內(nèi)任意取值，粉末粒度小于-500目?-300目范圍內(nèi)任意取值；
4)將三組份合金粉末進(jìn)行充分混合，加入8wt%?15wt%范圍內(nèi)任意取值的粘接劑混合
2.0h后制成膏狀再熔鑄修復(fù)材料A。所述的粘接劑可以是有機(jī)粘接劑。有機(jī)粘接劑成份為丙烯酸甲脂、甲基丙烯酸正丁酯、異丁烯、丙烯酸乙酯、丁二烯、甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙稀、甲基丙烯酸乙酯等有機(jī)物的聚合物或它們的共聚物，也可以是它們聚合物的混合物。在粘接劑中所占比例為30%?35%;與丙酮、甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、正丁醇、乙酸乙脂、二異丙醚等有機(jī)溶劑混合。有機(jī)溶劑可以是一種也可以為二種以上的混合物，溶劑在粘接劑中所占比例為42%?48% ;為粘接劑的可塑性，也可以在粘接劑中添加一定數(shù)量的鄰苯二甲酸二丁脂、鄰苯二甲酸二乙脂、磷酸三苯酯、鄰苯二甲酸二辛脂、磷酸三甲酚酯等增塑劑，增塑劑在粘接劑中所占比例為12%?17%。為了提高合金粉末材料在高溫真空中的活性，需要加入 4% ?6% 的 TritonX-1OO (商售)、TritonX-405 (商售)、TritonGR_5M (商售)或其它有機(jī)活化劑，將以上四種成份按比例混合均勻而成；
5)將含有0.4 wt%?1.0wt%范圍內(nèi)任意取值的鉭、釔等抗氧化元素的第四組份合金粉末(商售)加入8wt%?15wt%范圍內(nèi)任意取值的粘接劑混合2.0h后制成膏狀再熔鑄修復(fù)材料B ;
6)將A材料涂敷在用機(jī)械加工方法去缺陷的修復(fù)部位，在A材料表面再涂敷相對于A材料重量的25wt%?30wt%范圍內(nèi)任意取值的B材料；
7)涂敷好的機(jī)件在120°C?160°C下，烘干4.0h ；
8)真空燒結(jié)處理:送入真空度低于10_5mbar以下的真空爐中，以8°C/min?10°C /min的速率升溫至1020°C，保溫15分鐘?30分鐘，再以2 V /min?6°C /min的速率升溫至1180°C保溫5分鐘，再用15°C /min的速率升溫至1200°C?1230°C，保溫2.0h以上。且可在在上述定義的溫度區(qū)間范圍內(nèi)任意取值。
【權(quán)利要求】
1.一種等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法，其特征在于包括如下步驟: 1)采用與機(jī)件基體材料化學(xué)成份相近，粒度在-300目?180目合金粉末作為再熔鑄修復(fù)材料的第一組份；然后在第一組份合金粉末中加入粉末粒度-300目?260目，軟化溫度低于第一組份合金粉末10°C?50°C，加入量為總量4wt%? 10wt%的第二組份合金粉末；再加入粉末粒度小于-300目，軟化溫度低于第二組份合金粉末10°C?50°C,加入量為總量的4wt%?10wt%的第三組份合金粉末，然后將上述三組份合金粉末進(jìn)行充分混合，再加入8wt%?15wt%的粘接劑混合，攪拌混合2小時(shí)后制成膏狀再熔鑄修復(fù)材料A ; 2)然后將含有0.4 wt%?1.0wt%的鉭、釔等抗氧化元素的第四組份合金粉末，并加入8wt%?15wt%的粘接劑，攪拌混合2小時(shí)后制成膏狀再熔鑄修復(fù)材料B ； 3)將上述A材料涂敷在用機(jī)械加工方法去缺陷的修復(fù)部位，再在A材料表面再涂敷相對于A材料重量25wt%?30wt%的B材料，將涂敷好的機(jī)件在120°C?160°C下，烘干4h，然后送入真空爐中進(jìn)行真空燒結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法，其度特征在于:真空燒結(jié)中，真空爐的真空度低于10_5mbar以下，以8°C /min?10°C /min的速率升溫至1020°C，保溫15分鐘?30分鐘，再以2V /min?6°C /min的速率升溫至1180°C保溫5分鐘，再用15°C /min的速率升溫至1200°C?1230°C，保溫2.0h以上。
3.如權(quán)利要求1所述的等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法，其特征在于:所述的合金粉末材料包括鎳基高溫合金、鈷基高溫合金和鐵基高溫合金。
4.如權(quán)利要求1所述的等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法，其特征在于:所述的粘接劑是有機(jī)粘接劑。
5.如權(quán)利要求4所述的等軸晶鑄造機(jī)件損傷的再熔鑄修復(fù)方法，其特征在于:有機(jī)粘接劑成份為丙烯酸甲脂、甲基丙烯酸正丁酯、異丁烯、丙烯酸乙酯、丁二烯、甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙稀、甲基丙烯酸乙酯有機(jī)物的聚合物或它們的共聚物，或是它們聚合物的混合物。
【文檔編號】B22D23/06GK103909246SQ201410159945
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】向巧, 何勇, 任天明 申請人:中國人民解放軍第五七一九工廠