Modern flygmotor involverar många professionella discipliner såsom pneumatik, termisk teknik, struktur och styrka, styrning, testning, dator, tillverkningsteknik och material, och hyllas som pärlan i kronan på modern industri. Kompressorbladet är en av de viktigaste komponenterna i flygmotorn. Centrifugalkraft och dess böjmoment, aerodynamisk kraft och dess böjningsmoment, termisk belastning och vibrationsbelastning, samtidigt som man står inför hotet om skada från främmande föremål, såsom sand, flygande fåglar, i kombination med ett stort antal aero-motorblad, kompressor Bladen är extremt utsatta för slitage, korrosionsgropar, fallande block, deformation, sprickor och brott och andra skador som leder till bladfel, vilket allvarligt hotar flygplanens tillförlitlighet och säkerhet. På grund av högt tekniskt innehåll, höga kostnader, höga bearbetningssvårigheter och lång underhållscykel för kompressorblad är kostnaden för att reparera skadade blad endast 20% av kostnaden för att direkt byta ut bladen. Så att reparera skadade knivar är ett mer ekonomiskt, miljövänligt och effektivt val.
Laserbeklädnad är en populär teknik för ytmodifiering de senaste åren. Jämfört med traditionell ytmodifieringsteknik har laserbeklädnad fördelarna med hög grad av automatisering, fin och enhetlig struktur hos beklädnadslagret, finkornig, hög bindningsstyrka mellan beklädnadslagret och matrisen och liten termisk deformation av matrisen.
I den här artikeln tas Ti811 högtryckskompressorbladet av titanlegering som forskningsobjekt, och beklädnadsbeläggningen förbereds på högtryckskompressorbladet av legering Ti811 genom att använda laserbeklädnadstekniken för koaxial pulverleverans och TC{{4 }}Ni45+Y2O3 blandat legeringspulver används som beklädnadsmaterial. Fassammansättningen, mikrostrukturen och mikrohårdheten hos beklädnadslagret analyseras. Det ger en grund för reparation av kompressorblad av titanlegering.
Testmaterial och testmetoder
Substratet som användes i experimentet var Ti811 högtryckskompressorblad av titanlegering. Tabell 1 visar den huvudsakliga kemiska sammansättningen av Ti811 titanlegering. Ytan på kompressorbladet polerades med smärgelpapper för att avlägsna oxider och tvättades med vattenfri etanol och torkades. Laserbeklädnadspulver är 65wt%TC4, 33wt%Ni45A och 2wt%Y2O3 blandat legeringspulver, pulverdiameter mellan 50~120μm. Tabell 2 och Tabell 3 visar de huvudsakliga kemiska komponenterna i TC4 respektive Ni45.
Tabell 1 Kemisk komponent i Ti811-legering (vikt, %)
|
Al |
V |
Mo |
C |
Fe |
N |
O |
Ti |
|
8.1 |
0.99 |
1.05 |
0.03 |
0.01 |
0.05 |
0.06 |
Bal |
Tabell 2 Kemisk sammansättning av TC4 (vikt, %)
|
Al |
V |
Fe |
C |
N |
O |
Ti |
|
|
5.5~6.8 |
3.5~4.5 |
0.3 |
0.1 |
0.05 |
0.2 |
Bal |
Tabell 3 Kemisk sammansättning av Ni45 (vikt, %)
|
C |
B |
Si |
Hp |
Fe |
Ni |
|
0.3~0.6 |
2.0~3.0 |
3.0~4.5 |
11.0~15.0 |
5 |
Bal |
Lasereffekten är 35 0W, skanningshastigheten är 7 mm/s, pulvermatningshastigheten är 0,9 g/s, laserpunktens diameter är 1 mm, skyddsgasens flödeshastighet är 17 nl/min, pulvret gasflödeshastigheten är att pulvergasen och skyddsgasen är argon.
Makrovyn av beklädnadsskiktet observerades med optiska mikroskop. GeminiSEM 460 svepelektronmikroskop (SEM) användes för att analysera mikrostrukturen av kapslingsskiktet. Mikrohårdheten hos beklädnadsskiktet mättes med Qness Q10A + elektronisk mikrohårdhetstestare.
Testresultat och analys
Porer och sprickor är de vanligaste defekterna i laserbeklädnadsskikt. De främsta anledningarna till att porer bildas är att pulvergasen inte avlägsnas i tid under stelningsprocessen av den smälta poolen, och partiella beklädnadsmaterial förångas på grund av den höga lasertemperaturen under smältningsprocessen. De främsta orsakerna till sprickor är överdriven termisk stress, strukturspänning och inneslutningsspänning. I processen med laserbeklädnad slutförs bildandet, stelnandet och kylningen av den smälta poolen på mycket kort tid, och den snabba kylningen och snabba uppvärmningsprocessen leder till en mycket stor temperaturgradient, vilket kraftigt ökar den termiska spänningen. Mikrostrukturspänningen orsakas av skillnaden i specifik värmekapacitet mellan beklädnadsmaterialet och basmaterialet samtidigt, och den ojämna omvandlingen under fasövergången. Begränsande spänning är dragspänning och tryckspänning som orsakas av termisk expansion och kall kontraktion av material, och det är också en viktig del av inre spänning.
FIKON. 4 visar tvärsnittet av beklädnadsskiktet och beklädnadsskiktet på Ti811 titanlegeringsbladytan. Det kan ses att ytan på det förberedda flerkanaliga beklädnadsskiktet är kontinuerlig och enhetligt, beklädnadsskiktet har ingen porositet, sprickor och andra synliga defekter, och den inre strukturen på beklädnadsskiktet är tät och enhetlig, och beklädnadsskiktet bildar en bra metallurgisk kombination med bladmatrisen. Det kan ses att implementeringseffekten av laserbeklädnadsprocessen är god.
(a) bladbeklädnadsskikt (b) beklädnadslagrets tvärsnitt
Slutsats
1. I detta papper används blandat legeringspulver som beklädnadsmaterial på bladen på Ti811 titanlegerings högtryckskompressor, och flerkanaligt beklädnadslager framställs med laserbeklädnadsteknik. Beklädnadslagret är jämnt fördelat utan makroskopiska defekter som porer och sprickor. De utfällda faserna i beklädnadsskiktet är huvudsakligen TiC-, TIB2-, Ti2Ni- och -Ti-substrat.
2. I beklädnadsskiktet är TiC ekviaxiellt sfäriskt, Ti2Ni är oregelbundet massivt, TiB2 är dendritfas, TiC kärnor heterogena på ytan av TiB2 och bildar en sammansatt strukturfas, och den utfällda fasen förbättrar avsevärt mikrohårdheten och slitstyrkan hos beklädnad beläggning.
3. Mikrohårdheten hos laserbeklädnadsbeläggningen är upp till 982HV0.3, och den genomsnittliga mikrohårdheten är 906HV0.3, vilket är ungefär 2.04 gånger substratets. Slitagehastigheten för beklädnadsbeläggningen är 1,07×10-3mm2/ (Nm), vilket är cirka 51,5 % mindre än substratets.