[发明专利]电极接触点加热无损止裂法及其装置

说明书

本发明所涉及的是一种电极接触点加热无损止裂方法及其装置。

经检索现有技术资料是，郭益基于1984年在中国航空工程学会上宣读的论文“在裂纹尖端用人工塑性区止裂及断裂力学的应用”，该论文提出了在金属构件裂纹尖端用人工塑性区进行止裂的工艺模型，并提出了止裂的机理及一般可能应用的方法，未涉及到本发明的具体方法及技术方案。

本发明的目的是，提供一种对有裂纹的金属件用电极接触进行点加热的方法，达到无损于金属件原材料的情况下，稳定及阻止裂纹的扩展，并提供与该方法相应的装置。

本发明的技术解决方案是：

（1）提供一种电极接触点加热无损止裂方法，用电极接触对金属件裂纹尖端处或局部区域作热处理，制造人工韧性场，提高该处的抗裂特性;同时，在加热点对金属表面保护，使表面不产生氧化，因而金属不受损伤，强度不受影响。

（2）提供一种电极接触点加热无损止裂的装置，其具有直流闭合电路和点加热装置，其特征是点加热装置由作点加热的碳棒电极和防氧化及防热扩散的保护装置所构成。

采用本发明的方法和装置可以使裂纹扩展得到阻止，实现无损于金属件原材料的止裂，它也可以应用于经常产生裂纹的应力集中部位，在零件制造时预先应用可防止裂纹的产生，提高使用寿命。

图1是本发明的原理图。图2是人工塑场的金相组织。

图1是本发明的一个实施例。电极（1）用低电阻纯碳棒制成， 电路是低电压、大电流的闭合直流电路。为了防止加热点表面氧化、受电弧冲击及防止热量向周围扩散，实现在短时间内（2～3分钟）局部点的温度能迅速上升，使用一种保护装置（2）。它是一个筒形装置，内部填满一种粉末制剂，其成份为：碳化硅、氧化铁、二氧化硅、氧化镍及二氧化锰。用这种装置，在电极加热之前，粉末制剂包围电极及加热点表面，并且在电极与被加热部位之间，加装一种厚度约0.5毫米的金属保护片（3）。使用上述装置，在点加热过程中，可以防止被处理件表面氧化及电弧冲击，其加热点的温度最高可达1300℃，加热后表面无损伤，仍能保持原有的金属光泽。整个过程只需2～3分钟。装置上装有测温装置（5），能准确反应加热点所达到的温度，以适应不同材料的处理要求。

对上述方法进行过大量的验证试验，在30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、30CrNi2MOVA、30CrNi3A、40CrNiMOA、45号钢等材料的试件作对比疲劳试验，证明经过本发明处理过的裂纹试件，其断裂力学参数，如：断裂韧性K_1C、临界裂纹尖端塑性形变功J_1C，应力强度因子门槛值△K_1n均显著提高;裂纹扩展速率（da/dN）显著下降;有裂纹的试件其疲劳寿命增加了11～20倍。所得结果，摘要列举如下：

30CrNi2MoVA：K^＊_1C＝2.12K_1C

J^＊_1C＝4.74J_1C

30CrMnSiA：△K^＊_th＝1.5△K_th

30CrMnSiA：（da/dN）^＊_m＝ 1/10 （da/dN）_m

30CrMnSiNi2A：△K^＊_th＝3△K_th

30CrMnSiNi2A：（da/dN）^＊_m＝ 1/8 （da/dN）_m

30CrNi2MoVA：（da/dN）^＊_m＝ 1/2.2 （da/dN）_m

30CrNi2MoVA：N^＊＝14.4N

30CrMnSiA：N^＊＝20N

30CrMnSiNi2A：N^＊＝11N

注：右上角有＊者为经本发明处理后的断裂力学参数;无＊者的正常状态裂纹试件;右下角有m者为平均值。

对人工塑性场的金相组织（见图2）观察，证明金属组织正常，符合韧性组织结构的要求，对原材料无影响。