本發(fā)明屬于金屬材料損傷修復(fù)，具體涉及一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷原位修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、金屬材料在使用過程中，會(huì)產(chǎn)生微小塑性變形，塑性變形會(huì)導(dǎo)致的微觀組織劣化、局部應(yīng)力集中等隱性損傷。這些損傷在構(gòu)件服役過程中逐漸累積，最終會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降，延展性大幅度降低，產(chǎn)生損傷、開裂等問題，降低構(gòu)件的服役壽命，甚至嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成構(gòu)件的失效破壞，在一些關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、汽車工業(yè)等，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。如果能夠?qū)饘俨牧系碾[性損傷進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其力學(xué)性能和可加工性，不僅可以避免發(fā)生災(zāi)難性的后果，還對(duì)金屬材料延壽及再制造有重大的工程意義。

2、目前常見的損傷修復(fù)技術(shù)為熱處理法。熱處理法通過退火過程，使材料的晶體結(jié)構(gòu)重新排列，恢復(fù)材料的塑性韌性和力學(xué)性能，從而降低內(nèi)部損傷的擴(kuò)展傾向。但是熱處理法對(duì)設(shè)備的要求以及構(gòu)件的尺寸要求較高，同時(shí)對(duì)較嚴(yán)重的損傷效果有限，需要嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間，否則會(huì)導(dǎo)致材料的性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于金屬構(gòu)件在服役過程中以及承受循環(huán)載荷后會(huì)產(chǎn)生微小的塑性變形，微小塑性變形損傷累計(jì)后造成材料的塑性韌性下降，在微小塑性變形區(qū)域發(fā)生應(yīng)力集中，殘余拉應(yīng)力積累，最后在材料內(nèi)部發(fā)生裂紋，導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生開裂。針對(duì)上述問題情況，本發(fā)明目的是提出一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)電金屬材料的塑性變形損傷進(jìn)行修復(fù)，有效解決材料出現(xiàn)的塑性韌性下降、力學(xué)性能下降、應(yīng)力集中等問題，抑制后續(xù)服役過程中缺陷的產(chǎn)生。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，包括如下步驟：

4、s1：對(duì)損傷金屬構(gòu)件進(jìn)行探傷，檢測材料早期損傷，確定金屬構(gòu)件中塑性變形損傷位置；

5、s2：將被檢測的損傷金屬構(gòu)件固定在脈沖電流處理裝置上，采用夾具將損傷傷金屬構(gòu)件與激勵(lì)電極緊固；

6、s3：利用耐高溫云母板壓緊激勵(lì)電極與損傷金屬構(gòu)件；

7、s4：將脈沖電流信號(hào)施加至損傷部位兩端，根據(jù)損傷金屬構(gòu)件的尺寸確定脈沖電流處理參數(shù)，利用確定的脈沖電流參數(shù)對(duì)損傷部位進(jìn)行修復(fù)。

8、進(jìn)一步的，步驟s1中利用非線性超聲檢測等無損檢測技術(shù)對(duì)損傷金屬構(gòu)件進(jìn)行探傷。

9、進(jìn)一步的，所述步驟s2中激勵(lì)電極固定在損傷金屬構(gòu)件的損傷部位兩端以減少兩電極之間的距離，減小電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)的電阻。

10、進(jìn)一步的，步驟s3中利用耐高溫云母板壓緊激勵(lì)電極與構(gòu)件，避免出現(xiàn)起電弧，壓緊激勵(lì)電極與構(gòu)件還能使電極與構(gòu)件更好的接觸，增大其接觸面積，減小電流傳輸時(shí)的電阻。此外利用耐高溫云母板做好電隔離措施，確保良好的電絕緣性能，做好脈沖電流使用安全。

11、進(jìn)一步的，步驟s4中所述脈沖電流處理參數(shù)包括電流密度、電流頻率以及通電處理時(shí)間，為三個(gè)關(guān)健參數(shù)。

12、進(jìn)一步的，所述作用的脈沖電流為矩形直流脈沖電流，電流密度為50-150?a/mm2，頻率為400-800?hz，每一個(gè)脈沖電流脈寬為100μs，相鄰脈沖的時(shí)間間隔為1.25-2.5?ms，電脈沖處理工藝的整個(gè)處理時(shí)間為1-3?min，利用確定的脈沖電流參數(shù)對(duì)損傷部位進(jìn)行修復(fù)。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對(duì)的目標(biāo)是服役過程中產(chǎn)生塑性變形導(dǎo)致材料延展性下降并產(chǎn)生應(yīng)力集中從而造成金屬構(gòu)件服役壽命下降的問題。材料發(fā)生塑性變形會(huì)導(dǎo)致其疲勞性能、強(qiáng)度和延展性的不均勻，還會(huì)引起應(yīng)力集中，加速裂紋的產(chǎn)生和材料的開裂行為。

14、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明針對(duì)的不是已經(jīng)產(chǎn)生的裂紋損傷的修復(fù)，而是針對(duì)金屬塑性變形引起的脆化損傷進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)其在經(jīng)歷脆化損傷后的延展性的恢復(fù)與可加工性能的恢復(fù)，恢復(fù)材料的塑性韌性，方便后續(xù)服役工件的再加工與強(qiáng)化，提高損傷材料的再利用率。本發(fā)明有效解決材料由于微小塑性變形產(chǎn)生、累計(jì)而導(dǎo)致的塑性韌性下降、應(yīng)力集中、力學(xué)性能下降等問題，同時(shí)利用脈沖電流修復(fù)還能提高材料的抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。利用電脈沖裝置可以直接進(jìn)行原位操作，提高了材料損傷修復(fù)的效率。

15、對(duì)修復(fù)前后的材料微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，脈沖電流在經(jīng)過損傷位置時(shí)，由于熱效應(yīng)和電子風(fēng)力效應(yīng)，不僅促進(jìn)了微缺陷愈合，晶粒發(fā)生再結(jié)晶，還消除了材料的應(yīng)力集中，降低損傷試樣的殘余拉應(yīng)力水平，對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行了強(qiáng)化，有效改善損傷金屬材料的力學(xué)性能、可再加工性能以及服役壽命。

技術(shù)特征：

1.一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，其特征在于，步驟s1中利用非線性超聲檢測技術(shù)對(duì)損傷金屬構(gòu)件進(jìn)行探傷。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟s2中激勵(lì)電極固定在損傷金屬構(gòu)件的損傷部位兩端以減少兩電極之間的距離，減小電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)的電阻。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，其特征在于，步驟s4中所述脈沖電流處理參數(shù)包括電流密度、電流頻率以及通電處理時(shí)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，其特征在于，所述作用的脈沖電流為矩形直流脈沖電流，電流密度為50-150?a/mm2，頻率為400-800?hz，每一個(gè)脈沖電流脈寬為100μs，相鄰脈沖的時(shí)間間隔為1.25-2.5?ms，電脈沖處理工藝的整個(gè)處理時(shí)間為1-3?min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于高頻電脈沖的金屬塑性變形損傷修復(fù)方法，工藝如下：S1：對(duì)損傷金屬構(gòu)件早期損傷進(jìn)行探傷，確定金屬構(gòu)件中塑性變形損傷位置；S2：將損傷金屬構(gòu)件固定在脈沖電流處理裝置上，采用夾具將損傷傷金屬構(gòu)件與激勵(lì)電極緊固；S3：利用耐高溫云母板壓緊激勵(lì)電極與損傷金屬構(gòu)件；S4：將脈沖電流信號(hào)施加至損傷部位兩端，根據(jù)損傷金屬構(gòu)件尺寸確定脈沖電流處理參數(shù)，利用確定的脈沖電流參數(shù)對(duì)損傷部位進(jìn)行修復(fù)。本發(fā)明利用脈沖電流修復(fù)有效解決材料由于微小塑性變形產(chǎn)生、累計(jì)而導(dǎo)致的塑性韌性下降、應(yīng)力集中、力學(xué)性能下降等問題，同時(shí)還能提高材料抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。利用電脈沖裝置可以直接進(jìn)行原位操作，提高材料損傷修復(fù)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：樸鐘宇,湯煒晨,周振宇,田浩亮,蘇勝偉,彭光健,丁叢,侯文濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6