一種提高高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸摩擦焊接頭強(qiáng)度的方法與流程

本發(fā)明屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸摩擦焊接頭強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：
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汽車的廣泛應(yīng)用及當(dāng)前人們對節(jié)能、高效和環(huán)保等要求的不斷提高，為渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了廣闊的市場需求和發(fā)展空間，渦輪增壓器也越來越受到汽車廠商和廣大消費(fèi)者的青睞。渦輪是渦輪增壓器的核心部件，我國所用材質(zhì)一般為鐵基或鎳基K418高溫合金，被稱為“發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟”。主軸采用綜合性能較好的調(diào)質(zhì)態(tài)42CrMo鋼，兩者通過焊接方式連接在一起，構(gòu)成渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子軸。

K418/42CrMo焊接屬于典型的異種金屬焊接，兩種金屬由于各自成分、性能的差異導(dǎo)致焊接比較困難，傳統(tǒng)的焊接方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求。摩擦焊以其獨(dú)特的優(yōu)勢已成為K418/42CrMo異種金屬焊接的首選工藝，但是目前發(fā)表的一些數(shù)據(jù)顯示這兩者連接的焊接工藝不穩(wěn)定，接頭強(qiáng)度不高，迫切需要一個(gè)相對合適的焊接工藝保證這異種金屬焊接接頭的高強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，提供一種提高高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸摩擦焊接頭強(qiáng)度的方法，該方法能夠解決K418/42CrMo異種材料連接接頭強(qiáng)度不高的缺陷。

本發(fā)明所提供的一種提高高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸摩擦焊接頭強(qiáng)度的方法，該方法具體步驟如下：

(1)在所述高溫合金渦輪盤一側(cè)設(shè)置長度3～5mm的回轉(zhuǎn)凸臺(tái)，所述回轉(zhuǎn)凸臺(tái)作為焊接接觸面。

(2)施焊前，對所述高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸待焊接表面進(jìn)行除銹除污處理。

(3)連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊，控制摩擦焊接時(shí)的二級(jí)壓力和縮短量，采用強(qiáng)規(guī)范參數(shù)，二級(jí)摩擦過程中摩擦?xí)r間控制為6-12秒，頂鍛壓力用高壓力規(guī)范，頂鍛保壓時(shí)間5s，使所述高溫合金渦輪盤與所述42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸形成冶金結(jié)合。冶金結(jié)合是指兩種金屬界面間原子相互擴(kuò)散而形成的結(jié)合。這種結(jié)合或者是連接狀態(tài)，是在一定溫度或壓力的作用下或者溫度和壓力共同作用下形成的。

(4)焊接完成后，對連接件進(jìn)行3個(gè)小時(shí)550℃的回火熱處理。

所述高溫合金渦輪盤為鑄態(tài)K418鎳基高溫合金渦輪盤；所述鑄態(tài)K418鎳基高溫合金渦輪盤的成分按重量百分比為：C:0.08～0.16,Cr:11.50～13.50,Al:5.50～6.40,Ti:0.50～1.00,Mo:3.80～4.80,Nb:1.80～2.50,Si:≤0.50,Mn:≤0.50,Fe:≤1.00,其余為Ni及不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明能夠穩(wěn)定地獲得高強(qiáng)度的K418/42CrMo異種金屬的焊接接頭，并應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸焊接工件形貌圖；

圖2為本發(fā)明高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸焊接接頭結(jié)合面光學(xué)顯微組織圖；

圖3為本發(fā)明摩擦焊試樣拉伸斷口宏觀形貌圖。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明提供一種提高高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸摩擦焊接頭強(qiáng)度的方法，該方法包括：

(1)高溫合金渦輪盤為鑄態(tài)K418鎳基高溫合金。其成分按重量百分比為C:0.08～0.16,Cr:11.50～13.50,Al:5.50～6.40,Ti:0.50～1.00,Mo:3.80～4.80,Nb:1.80～2.50,Si:≤0.50,Mn:≤0.50,Fe:≤1.00,其余為Ni及不可避免的雜質(zhì)。

(2)高溫合金渦輪盤一側(cè)有長度為3～5mm的回轉(zhuǎn)凸臺(tái)。

(3)連接接頭所用的軸是調(diào)質(zhì)態(tài)鍛造的42CrMo軸。

(4)高強(qiáng)度連接接頭形成工藝中，采用連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊焊接設(shè)備。施焊前，對焊接件進(jìn)行除銹除污等表面處理，連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接時(shí)采用強(qiáng)規(guī)范參數(shù)，要求二級(jí)摩擦過程中摩擦?xí)r間控制為9±3秒。頂鍛壓力用高壓力規(guī)范，頂鍛保壓時(shí)間5s。

(5)連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊后的連接件需進(jìn)行3個(gè)小時(shí)550℃的回火熱處理。

實(shí)施例1：材料選用真空熔煉鑄造生產(chǎn)的鑄態(tài)K418鎳基高溫合金渦輪盤和調(diào)質(zhì)態(tài)鍛造42CrMo軸，其化學(xué)成分分別見表1和表2，

表1 K418化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

表2 42CrMo化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

采用連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接過程中，Ⅰ級(jí)摩擦壓力采用0.8MPa，Ⅰ級(jí)摩擦?xí)r間為1s；Ⅱ級(jí)摩擦壓力采用4.0MPa(強(qiáng)規(guī)范)，采用焊接時(shí)間8s；頂鍛壓力采用4.0MPa，頂鍛保壓時(shí)間5s。

本發(fā)明高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸焊接工件如圖1所示，焊接區(qū)沿焊接面有均勻平整的飛邊。本發(fā)明高溫合金渦輪盤和42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸焊接接頭結(jié)合面光學(xué)顯微組織如圖2所示，其中白亮區(qū)域?yàn)镵418，深色區(qū)域?yàn)?2CrMo，焊接面是摩擦焊接過程中強(qiáng)烈的塑性變形達(dá)到的機(jī)械混合和冶金混合的共同結(jié)果。圖3為本發(fā)明摩擦焊試樣拉伸斷口宏觀形貌圖，可以看出，拉伸試樣無縮頸，斷裂區(qū)在K418側(cè)，斷口較粗糙，粗大枝晶組織肉眼可見，抗拉強(qiáng)度達(dá)822MPa。