[发明专利]一种防止托板螺母扩口裂纹的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别涉及了一种防止托板螺母扩口裂纹的方法。

背景技术

燃气发动机托板螺母是安装在低压涡轮导向叶片上,该零件采用GH738合金制造,并进行固溶+时效处理,该螺母在组合件上进行局部扩口,由于零件在时效状态下硬度较高,扩口时经常产生裂纹,导致零件报废。为防止零件扩口过程中产生裂纹而引起零件报废,需要对零件扩口位置进行局部退火处理,以降低该处硬度有利于扩口,同时避免产生裂纹。由于零件较小(Φ11×14mm),壁厚薄(0.6mm),需要退火的部位更小(Φ8×2.7mm),见附图1,采用其他方法难于实现局部退火,如采用高频高应加热,加工这样小的感应线圈困难,感应加热的热影响区较大,将不应退火的部位退火,影响零件的使用性能等。本专利采用电解液加热退火的方法解决局部退火问题。

发明内容

本发明的目的是防止托板螺母扩口裂纹，特提供了一种防止托板螺母扩口裂纹的方法。

本发明提供了一种防止托板螺母扩口裂纹的方法，其特征在于：

利用电解液可以实现局部加热的特点，加热零件扩口部分1；零件成分为GH738，是一种镍基高温合金,靠时效强化,固溶状态为软态,利用这一点将零件局部加热到固溶温度,实现软化；

采用电解液加热退火的方法,对托板螺母进行退火处理,既能保证零件整体强度不降低,又能降低需要变形位置的硬度,解决了零件扩口变形中产生的裂纹问题；

电解液的加热是以直流电为电源在电解液中进行的,适用于表面加热退火的电解液,采用5％～10％的Na₂CO₃水溶液，由于电解质在水中是以离子状态进行离子反应也就是说会发生水解反应,通电后，氢离子和钠离子向阴极移动，并且氢气首先在阴极上析出；

把零件作为阴极，会在零件周围产生氢气泡，零件浸入电解液面积不大,氢气泡集中在零件表面上,使电解液与零件表面局部分离,与零件接触的液面层电阻增大,使接触零件的电解液加热至沸点而产生大量的水蒸汽,分解出的氢气和水蒸汽的压力把工件周围的液体排斥开形成一个稳定的气体薄膜,由于气体是电的不良导体,连续的气体膜具有高电阻,当有很大的电流通过时将会产生大量的热,使零件浸入电解液的部分被迅速加热至退火温度,见附图2。

试验系统设计：

直流电源的输出，为0~300伏,0~20安连续均匀可调,调节的方式为手动，零件需要退火的部位放入电解液中为阴极,金属电解槽为阳极,电路接通后,给定直流电压,电解液产生电离,阳极放出氧,阴极工件放出氢,氢围绕阴极工件形成气膜,瞬间产生很大的电阻,通过的电流转化为热能将工件表面迅速加热到临界点以上所需要的固溶温度,电路断开,气膜消失,加热的工件在电解液中的部分迅速冷却至室温,实现固溶而软化,由于加热速度快,热量来不及扩散到其他部位,保证其他部位硬度不会变化；采用Na₂CO₃溶液为电解液,由于加热时间短,对镍基合金不会产生腐蚀；确定的工艺参数为:电流5~10A/cm²，电压160V~180V，Na₂CO₃溶液浓度5～10g/L，加热时间为3s~10s；

稳定加热状态的建立：

电解淬火的电解液采用碳酸钠水溶液,其电流与电压变化的曲线如图4所示，即:如果将电压增高,电流就沿o—a线增大,阴极产生氢气，温度上升,阳极生成氧气,因阳极面积大,温度上升慢。达到a点附近,阴极表面即被氢气和水蒸汽所覆盖,通过气体层,阴极表面与液体之间产生弧光放电。在电流-电压曲线a-b段间,弧光不稳定。但一到b-c段时,弧光稳定,这时零件被加热,之后,保持零件的赤热状态。

实现电解液下加热表面淬火的关键在于能否在通电后的很短时间内出现稳定的加热状态,而此问题的实质是通电后能否在待淬火表面的周围很快形成一层均匀而稳定的“氢气罩”。对于一定成分和温度的电解液,加热表面的电流密度则成为建立稳定加热状态的主要条件。而电流密度的调节是通过电源的直流输出电压来实现的。

当电解液的成分为5％碳酸钠,其余为水的情况下,建立稳定加热状态的临界值为:

直流输出电压：200V；电流密度：241.65A/dm2；低于此临界值,通电时间延长也不能进入稳定的加热状态。

制造一种电解液加热退火装置,包括电解液槽、电流电压可调的直流电源。

制作一套零件夹具,既要使夹持零件部位呈阴极,又要与电解液槽接触处绝缘。