Ytelsesanalyse av laserbelegg på titanlegeringsblader

Moderne flymotor involverer mange fagdisipliner som pneumatikk, termisk teknikk, struktur og styrke, kontroll, testing, datamaskin, produksjonsteknologi og materialer, og er hyllet som perlen i kronen på moderne industri. Kompressorbladet er en av de viktigste komponentene i flymotoren. Sentrifugalkraft og dens bøyemoment, aerodynamisk kraft og bøyemoment, termisk belastning og vibrasjonsbelastning, mens den står overfor trusselen om skade fra fremmedlegemer, som sand, flygende fugler, kombinert med et stort antall rotorblader til aeromotorer, kompressor Bladene er ekstremt utsatt for slitasje, korrosjonsgroper, fallende blokker, deformasjoner, sprekker og brudd og andre skader som fører til bladfeil, som alvorlig truer påliteligheten og sikkerheten til fly. På grunn av høyt teknisk innhold, høye kostnader, høye prosesseringsvansker og lang vedlikeholdssyklus av kompressorblader, er kostnaden for å reparere skadede blader bare 20% av kostnadene ved direkte utskifting av blader. Så reparasjon av skadede kniver er et mer økonomisk, miljøvennlig og effektivt valg.

Laserkledning er en populær overflatemodifikasjonsteknologi de siste årene. Sammenlignet med tradisjonell overflatemodifikasjonsteknologi har laserkledning fordelene med høy grad av automatisering, fin og jevn struktur av kledningslaget, finkornet, høy bindestyrke mellom kledningslaget og matrisen, og liten termisk deformasjon av matrisen.

I denne artikkelen er Ti811 titanlegering høytrykkskompressorblad tatt som forskningsobjekt, og kledningsbelegget er forberedt på Ti811 legert høytrykkskompressorblad ved å bruke laserkledningsteknologi for koaksial pulverlevering, og TC{{4 }}Ni45+Y2O3 blandet legeringspulver brukes som kledningsmateriale. Fasesammensetningen, mikrostrukturen og mikrohardheten til kledningslaget analyseres. Det gir et grunnlag for reparasjon av kompressorblader i titanlegering.

Substratet som ble brukt i eksperimentet var Ti811 titanlegering høytrykkskompressorblad. Tabell 1 viser den viktigste kjemiske sammensetningen av Ti811 titanlegering. Overflaten til kompressorbladet ble polert med smergelpapir for å fjerne oksider, og vasket med vannfri etanol og tørket. Laserkledningspulver er 65 vekt% TC4, 33 vekt% Ni45A og 2 vekt% Y2O3 blandet legeringspulver, pulverdiameter mellom 50 ~ 120 μm. Tabell 2 og Tabell 3 viser de kjemiske hovedkomponentene til henholdsvis TC4 og Ni45.

                                                                        Tabell 1 Kjemisk komponent av Ti811-legering (vekt, %)

                                                                             Tabell 2 Kjemisk sammensetning av TC4 (vekt, %)

                                                                               Tabell 3 Kjemisk sammensetning av Ni45 (vekt, %)

Lasereffekten er 35 0W, skannehastigheten er 7 mm/s, pulvermatingshastigheten er 0,9 g/s, laserpunktdiameteren er 1 mm, beskyttelsesgassens strømningshastighet er 17 nl/min, pulveret gassstrømningshastigheten er at pulvergassen og beskyttelsesgassen er argon.

Makrovisningen av kledningslaget ble observert av optiske mikroskoper. GeminiSEM 460 skanningselektronmikroskop (SEM) ble brukt til å analysere mikrostrukturen til kledningslaget. Mikrohardheten til kledningslaget ble målt med Qness Q10A + elektronisk mikrohardhetstester.

Porer og sprekker er de vanligste feilene i laserkledningslag. Hovedårsakene til dannelsen av porer er at pulvergassen ikke fjernes i tide under størkningsprosessen til det smeltede bassenget, og partielle kledningsmaterialer fordampes på grunn av den høye lasertemperaturen under smelteprosessen. Hovedårsakene til sprekker er overdreven termisk stress, strukturspenning og innesperringsspenning. I prosessen med laserkledning fullføres dannelsen, størkningen og avkjølingen av det smeltede bassenget på svært kort tid, og den raske avkjølings- og oppvarmingsprosessen fører til en veldig stor temperaturgradient, noe som i stor grad øker den termiske spenningen. Mikrostrukturspenningen er forårsaket av forskjellen i spesifikk varmekapasitet mellom kledningsmaterialet og grunnmaterialet på samme tid, og den ujevne transformasjonen under faseovergangen. Begrensende spenning er strekkspenning og trykkspenning forårsaket av termisk ekspansjon og kald sammentrekning av materialer, og det er også en viktig del av indre spenning.

FIG. 4 viser tverrsnitt av kledningslag og kledningslag på Ti811 titanlegeringsbladoverflaten. Det kan sees at overflaten til det forberedte flerkanals kledningslaget er kontinuerlig og jevnt, kledningslaget har ingen porøsitet, sprekker og andre synlige defekter, og den indre strukturen til kledningslaget er tett og jevnt, og kledningslaget danner en god metallurgisk kombinasjon med bladmatrisen. Det kan sees at implementeringseffekten av laserkledningsprosessen er god.

(a) bladkledningslag (b) kledningslags tverrsnitt

1. I denne artikkelen brukes blandet legeringspulver som kledningsmateriale på bladene til Ti811 titanlegering høytrykkskompressor, og flerkanals kledningssjikt er forberedt med laserkledningsteknologi. Kledningslaget er jevnt fordelt uten makroskopiske defekter som porer og sprekker. De utfelte fasene i kledningslaget er hovedsakelig TiC, TIB2, Ti2Ni og -Ti substrater.

2. I kledningslaget er TiC ekviaksialt sfærisk, Ti2Ni er uregelmessig massiv, TiB2 er dendritfase, TiC kjerner heterogent på overflaten av TiB2, og danner en sammensatt strukturfase, og den utfelte fasen forbedrer mikrohardheten og slitestyrken til kledningsbelegg.

3. Mikrohardheten til laserkledningsbelegget er opptil 982HV0.3, og gjennomsnittlig mikrohardhet er 906HV0.3, som er omtrent 2.04 ganger substratets. Slitasjehastigheten til kledningsbelegget er 1,07×10-3mm2/ (Nm), som er omtrent 51,5 % mindre enn underlaget.