專利名稱：鐵基形狀記憶合金扣合鍵及其制造、使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對機件的裂紋、裂縫、破損、孔洞及其它缺陷進行修補的鐵基形狀 記憶合金扣合鍵及其制造、使用方法。
背景技術：
大型機件在使用過程中受力受熱不均勻、制造過程中存在缺陷以及殘余應力等原因，會 使機件產生裂紋、裂縫、破損等問題。對于重要的機件，損壞后如果更換新件，不僅價格昂 貴，而且從訂貨、運輸到安裝調試往往需要很長時間，會長時間影響設備的使用而導致經濟 損失。而采用適當的工藝，在短時間將損壞的機件修復，會避免因修復工期長而帶來的損失。 目前，金屬扣合工藝在中大型機件的修理方面應用得比較廣泛，因為中大型機件積大、金屬 材料層厚以及材料本身的特性，有很多不適合采用焊補工藝進行修復，或者焊補效果不理想。 例如大型船舶柴油機的構件出現裂紋后，可采用金屬扣合工藝進行修復。在金屬扣合工藝中 使用的扣合鍵多采用與基體材料性能相近的普通鐵合金或鎳鉻合金制造的波浪型扣合鍵。金 屬扣合工藝具體實施時，是在裂縫的兩端打止裂孔，在裂縫的兩邊距離裂縫一定的距離，沿 著裂縫的法線方向用高壓風鉆或電鉆等按照模板在裂縫的基體上鉆出孔洞，通?？锥吹纳疃?為基體厚度的四分之一到二分之一，然后將扣合鍵從兩端開始打入孔洞，借助扣合與孔洞的 配合產生的機械緊固力達到對裂縫的修補作用，同時利用加工過程中的加工硬化，提高扣合 鍵的強度。金屬扣合工藝也可利用熱脹冷縮原理，先對扣合鍵加熱，然后再放入孔洞，利用 冷縮作用達到對裂紋裂縫修補。
利用金屬扣合工藝方法修復機件的工時僅為制作新件的1/3 1/30，運用該工藝修復缺 陷機件，其費用僅為制作新件的1/3 1/30，在缺少備件、更換新件工作難度大及各種應急 狀態(tài)下，該工藝顯得方便、快捷。
目前金屬扣合法修復工藝中使用的金屬鍵，需要逐個鍵用力打入，較為費時費力；修復 的效果會因為操作人員的技術水平的高低不同出現較大的差異，成熟的技術手法掌握起來較 難；金屬扣合一般需要多道扣合鍵，各個鍵的受力不均勻；另外利用普通的扣合鍵修補裂縫、 裂紋，存在著高溫的時候裂紋、裂縫處重新產生滲漏的問題；為了解決高溫泄漏問題， 一般 會采用熱膨脹系數小于或者等于鑄鐵的價格較貴Invar合金扣合鍵，經濟代價較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種鐵基形狀記憶合金扣合鍵。是利用了形狀記憶合金扣 合鍵在不同溫度下呈現出不同尺寸的性能達到聯接目的。
合鍵在不同溫度下呈現出不同尺寸的性能達到聯接目的。
其工作原理是形狀記憶合金扣合鍵經拉伸預變形后，安放在待修復機件裂縫兩側的槽 內，然后將形狀記憶合金扣合鍵加熱到某一溫度以上后，扣合鍵的形狀就向拉伸前的形狀恢 復(即收縮)產生緊固力，實現裂縫緊密扣合達到修復機件的目的，其聯接原理如圖6、 7所示。
本發(fā)明所指的鐵基形狀記憶合金化學成分的質量百分比如下
Si 3.0 6.0 Mn 4. 0 30. 0 Cr0 18.0 Zr0 5.0 Nb 0 6.0 Ti0 5.0 V 0 5.0 C0.01 0.20 除去雜質外其余成分為Fe。 本發(fā)明的第二個目的在于，提供所述鐵基形狀記憶合金扣合鍵的制造方法，歩驟為按 設計要求選用熔煉材料，各組分按配比混合后，采用真空感應熔煉爐熔煉；熔煉時待原料全 部溶化后，保溫30-40min左右使成分均勻，然后澆模鑄成鑄錠；鑄錠在1100-120(TC均勻化 退火22-24h之后切去帽口，車去外皮，熱鍛成帶狀；在550-65(TC按10-14%變形量軋制；將 軋制后的帶狀合金材料初步機加工成設計形狀的扣合鍵，然后在真空爐中750-850時效 10-20min，待扣合鍵冷卻后，在室溫下按3_5%的變形率拉伸成待用扣合鍵。
本發(fā)明的第三個目的在于，提供所述鐵基形狀記憶合金扣合鍵的使用方法該方法是在 裂紋、裂縫的兩邊鉆出孔洞，以無應力狀態(tài)把記憶合金扣合鍵放入孔洞，待全部扣合鍵安裝 完畢后，通過加熱器給扣合鍵加熱到150°C 350°C，并且保溫一段時間，通過記憶合金扣合 鍵自身的形狀記憶功能，產生收縮變形，利用各個扣合鍵同時收縮對兩邊基體產生的拉緊作 用，以達到對裂紋、裂紋的閉合。
現有金屬鍵扣合工藝存在安裝復雜、對人員技術要求高、各個鍵受力不均勻、高溫滲漏等缺 點。而利用本發(fā)明的鐵基形狀記憶合金扣合鍵修復機件裂紋、裂縫時，工藝簡單易行，對實 施人員技術水平要求低，作用力平穩(wěn)，各個鍵的受力均勻，不存在高溫松弛、滲漏的問題。 從維修工藝、技術要求以及修理效果來看，本發(fā)明的扣合鍵都要優(yōu)于現有的扣合鍵，尤為突 出的是本發(fā)明的扣合鍵，更適合用于長期處于較高溫工作狀態(tài)的中、大型部件的裂紋、裂縫 等的修補。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明是靠鐵基形狀記憶合金扣合鍵，在不同溫度下呈現出不同尺 寸的性能達到聯接目的，聯接前后扣合鍵的尺寸變化大(在自由狀態(tài)下尺寸變化可達2%以 上)。鐵基形狀記憶合金扣合鍵同其它金屬扣合鍵聯接相比具有如下優(yōu)點-
① 扣合鍵結構簡單、靈活，制造方便；
② 安裝實施方便，對維修人員的技術水平要求低；
③ 聯接后扣合鍵受力均勻，聯接可靠，能夠解決一般金屬扣合鍵由于熱膨脹而造成的高 溫泄漏問題；
④ 鐵基形狀記憶合金抗拉強度高，可達800 1000Mp，高于國際上常用的Invar合金扣合 材料的抗拉強度(600Mp左右)。


下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細地描述。 圖h工字型鐵基形狀記憶合金扣合鍵示意圖。 圖2:工字型鐵基形狀記憶合金扣合鍵底孔模板視圖。 圖3:波浪型鐵基形狀記憶合金扣合鍵示意圖。 圖4:波浪型鐵基形狀記憶合金扣合鍵底孔模板視圖。 圖5:波浪型鐵基記憶合金扣合鍵使用示意圖。 圖6:工字型鐵基形狀記憶合金扣合鍵加熱前示意圖。 圖7:工字型鐵基形狀記憶合金扣合鍵加熱后示意圖。
具體實施例方式
記憶合金扣合鍵的制造方法，包括按設計要求選用熔煉材料，按如下配比(化學成分的 質量百分比)混合-
Si3.0 6.0
Mn4. 0 30. 0
Cr0 18. 0
Zr0 5. 0
Nb0 6.0
Ti0 5. 0
V0 5. 0
C0.01 0. 20
除去雜質外其余成分為Fe。 混合后，采用真空感應熔煉爐熔煉。熔煉時待原料全部溶化后，保溫30min左右使成分
均勻，然后澆模鑄成鑄錠。鑄錠在120(TC均勻化退火24h之后切去帽口，車去外皮，熱鍛成 帶狀，在60(TC按10-14%變形量軋制，將軋制后的帶狀合金材料初步機加工成設計形狀的扣 合鍵，然后在真空爐中80(TC時效10-20min，待扣合鍵冷卻后，在室溫下按3-5%的變形率拉 伸成待用扣合鍵。
扣合鍵的使用方法如下
1. 準備工作-.
用清洗劑、清水等對機件徹底清洗，再用壓縮空氣吹干或自然晾干。
2. 選配扣合鍵
根據機件上裂縫等損壞的具體情況，以及基體的材質選配不同的回復率的扣合鍵。
3. 扣合鍵的安裝
確定欲鑲扣合鍵的位置，相鄰扣合鍵的間距為30mm 50咖在各位置點沿裂痕或鑲配邊界 的法線方向固定扣合鍵底孔模板。用高壓風鉆或電動鉆等通過底孔模板套打底孔，孔深度為 機件厚度的1/4 1/2，或在機件兩側均打出底孔，將扣合鍵輕輕放入底孔，必要時涂密封膠。
4. 扣合鍵的加熱
應用加熱工具對記憶合金扣合鍵加熱至150'C 35(TC左右，并保溫一段時間。
5. 整形-.
剔除扣合鍵多余部分，用膩子等添補縫隙，進行加工，使機件達到所要求的表面粗糙度，涂 防銹油、刷漆等表面處理工作。
6. 試驗對有壓力要求的機件進行耐壓試驗，對有強度要求的機件進行強度試驗。
權利要求
1、一種鐵基形狀記憶合金扣合鍵，其特征在于，按質量百分比，組成是Si 3.0～6.0Mn 4.0～30.0Cr 0～18.0Zr 0～5.0Nb 0～6.0Ti 0～5.0V 0～5.0C 0.01～0.20除去雜質外其余成分為Fe。
2、 一種鐵基形狀記憶合金扣合鍵的制造方法，其特征在于，步驟為按設計要求選用熔 煉材料，各組分按配比混合后，采用真空感應熔煉爐熔煉，熔煉時待原料全部溶化后，保溫 30-40min使成分均勻，然后澆模鑄成鑄錠；鑄錠在1100-120(TC均勻化退火22-24h之后切去 帽口，車去外皮，熱鍛成帶狀；在550-65(TC按10-14%變形量軋制；將軋制后的帶狀合金材 料初歩機加工成設計形狀的扣合鍵，然后在真空爐中750-850時效10-20min，待扣合鍵冷卻 后，在室溫下按3-5%的變形率拉伸成待用扣合鍵。
3、 一種如權利要求1所述的鐵基形狀記憶合金扣合鍵的使用方法，其特征在于，該方 法是在裂紋、裂縫的兩邊鉆出孔洞，以無應力狀態(tài)把記憶合金扣合鍵放入孔洞，待全部扣 合鍵安裝完畢后，通過加熱器給扣合鍵加熱到15(TC 35(rC，并且保溫一段時間，通過記憶 合金扣合鍵自身的形狀記憶功能，產生收縮變形，利用各個扣合鍵同時收縮對兩邊基體產生 的拉緊作用，以達到對裂紋、裂紋的閉合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對機件的裂紋、裂縫、破損、孔洞及其它缺陷進行修補的鐵基形狀記憶合金扣合鍵及其制造、使用方法。鐵基形狀記憶合金扣合鍵化學成分的質量百分比如下Si3.0～6.0、Mn 4.0～30.0、Cr 0～18.0、Zr 0～5.0、Nb 0～6.0、Ti 0～5.0、V 0～5.0、C 0.01～0.20；除去雜質外其余成分為Fe。采用真空感應熔煉爐熔煉；在室溫下拉伸成待用扣合鍵。各個扣合鍵同時收縮對兩邊基體產生的拉緊作用，以達到對裂紋、裂紋的閉合。本發(fā)明工藝簡單易行，作用力平穩(wěn)，各個鍵的受力均勻，不存在高溫松弛、滲漏的問題。
文檔編號C22C33/00GK101104908SQ20071001241
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月6日 優(yōu)先權日2007年8月6日
發(fā)明者孫德平, 常俊杰, 林成新 申請人:大連海事大學