Современные авиационные двигатели включают в себя множество профессиональных дисциплин, таких как пневматика, теплотехника, конструкция и прочность, управление, испытания, компьютер, технологии производства и материалы, и считаются жемчужиной в короне современной промышленности. Лопатка компрессора является одним из важнейших компонентов авиационного двигателя. Центробежная сила и ее изгибающий момент, аэродинамическая сила и ее изгибающий момент, тепловая нагрузка и вибрационная нагрузка при угрозе повреждения посторонними объектами, такими как песок, летающие птицы, в сочетании с большим количеством лопастей несущего винта авиационного двигателя, компрессора. лопасти чрезвычайно склонны к износу, появлению коррозионных язв, падению блоков, деформации, трещинам и поломкам, а также другим повреждениям, приводящим к выходу из строя лопастей, что серьезно угрожает надежности и безопасности самолетов. Из-за высокой технической наполненности, высокой стоимости, большой сложности обработки и длительного цикла обслуживания лопаток компрессора стоимость ремонта поврежденных лопаток составляет всего 20% от стоимости непосредственной замены лопаток. Поэтому ремонт поврежденных лезвий — более экономичный, экологически чистый и эффективный выбор.
Лазерная наплавка — популярная в последние годы технология модификации поверхности. По сравнению с традиционной технологией модификации поверхности, лазерная наплавка имеет преимущества высокой степени автоматизации, тонкой и однородной структуры плакирующего слоя, мелкозернистости, высокой прочности соединения между плакирующим слоем и матрицей и небольшой термической деформации матрицы.
В этой статье лопатка компрессора высокого давления из титанового сплава Ti811 взята в качестве объекта исследования, а плакирующее покрытие на лопатке компрессора высокого давления из сплава Ti811 подготовлено с использованием технологии лазерной наплавки коаксиальной подачи порошка и TC{{4 }}Порошок смешанного сплава Ni45+Y2O3 используется в качестве плакирующего материала. Проанализирован фазовый состав, микроструктура и микротвердость плакирующего слоя. Это основа ремонта лопаток компрессоров из титановых сплавов.
Материалы испытаний и методы испытаний
В качестве подложки в эксперименте использовалась лопатка компрессора высокого давления из титанового сплава Ti811. В таблице 1 представлен основной химический состав титанового сплава Ti811. Поверхность лопатки компрессора полировали наждачной бумагой для удаления оксидов, промывали безводным этанолом и сушили. Порошок для лазерной наплавки состоит из порошка смешанного сплава 65% TC4, 33% Ni45A и 2% Y2O3, диаметр порошка составляет 50 ~ 120 мкм. В таблицах 2 и 3 показаны основные химические компоненты TC4 и Ni45 соответственно.
Таблица 1 Химическая составляющая легирования Ti811 (мас., %)
|
Ал |
V |
Мо |
C |
Фе |
N |
O |
Ти |
|
8.1 |
0.99 |
1.05 |
0.03 |
0.01 |
0.05 |
0.06 |
Бал |
Таблица 2 Химический состав ТС4 (мас., %)
|
Ал |
V |
Фе |
C |
N |
O |
Ти |
|
|
5.5~6.8 |
3.5~4.5 |
0.3 |
0.1 |
0.05 |
0.2 |
Бал |
Таблица 3 Химический состав Ni45 (мас. %)
|
C |
B |
Си |
Кр |
Фе |
Ни |
|
0.3~0.6 |
2.0~3.0 |
3.0~4.5 |
11.0~15.0 |
5 |
Бал |
Мощность лазера составляет 350Вт, скорость сканирования 7 мм/с, скорость подачи порошка 0,9 г/с, диаметр лазерного пятна 1 мм, скорость потока защитного газа 17 нл/мин, порошок расход газа, пороховой газ и защитный газ - аргон.
Макровид плакирующего слоя наблюдали с помощью оптических микроскопов. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) GeminiSEM 460 использовался для анализа микроструктуры плакирующего слоя. Микротвердость плакирующего слоя измеряли электронным микротвердомером Qness Q10A+.
Результаты испытаний и анализ
Поры и трещины являются наиболее распространенными дефектами слоев лазерной наплавки. Основные причины образования пор заключаются в том, что порошковый газ не удаляется вовремя в процессе затвердевания ванны расплава, а материалы частичной оболочки испаряются из-за высокой лазерной температуры в процессе плавления. Основными причинами трещин являются чрезмерные термические напряжения, структурные напряжения и ограничивающие напряжения. В процессе лазерной наплавки формирование, затвердевание и охлаждение ванны расплава завершаются за очень короткое время, а процесс быстрого охлаждения и быстрого нагрева приводит к очень большому градиенту температуры, что значительно увеличивает термическое напряжение. Напряжения микроструктуры вызваны разницей удельной теплоемкости одновременно плакирующего материала и основного материала, а также неравномерностью превращения при фазовом переходе. Ограничивающее напряжение — это растягивающее напряжение и сжимающее напряжение, вызванное тепловым расширением и холодным сжатием материалов, а также важная часть внутреннего напряжения.
ИНЖИР. 4 показано поперечное сечение плакирующего слоя и плакирующего слоя на поверхности лопатки из титанового сплава Ti811. Видно, что поверхность подготовленного многоканального плакирующего слоя сплошная и однородная, плакирующий слой не имеет пористости, трещин и других видимых дефектов, внутренняя структура плакирующего слоя плотная и однородная, а плакирующий слой образует хорошее металлургическое сочетание с матрицей лопаток. Видно, что эффект от реализации процесса лазерной наплавки хороший.
а — слой оболочки лопатки; б — поперечное сечение слоя оболочки.
Заключение
1. В этой статье порошок смешанного сплава используется в качестве плакирующего материала на лопатках компрессора высокого давления из титанового сплава Ti811, а многоканальный плакирующий слой изготавливается с помощью технологии лазерной наплавки. Плакирующий слой распределяется равномерно, без макроскопических дефектов в виде пор и трещин. Выделенные фазы в плакирующем слое представляют собой в основном подложки TiC, TIB2, Ti2Ni и -Ti.
2. В плакирующем слое TiC имеет равноосную сферическую форму, Ti2Ni - неравномерно-массивную, TiB2 - дендритную фазу, TiC гетерогенно зарождается на поверхности TiB2, образуя композиционную структурную фазу, а выделенная фаза существенно повышает микротвердость и износостойкость стали. облицовочное покрытие.
3. Микротвердость лазерного наплавочного покрытия составляет до 982HV0,3, а средняя микротвердость составляет 906HV0,3, что примерно в 2,04 раза выше, чем у подложки. Скорость изнашивания плакирующего покрытия составляет 1,07×10-3мм2/(Нм), что примерно на 51,5 % меньше, чем у подложки.