Prestatieanalyse van lasercladdingcoating op bladen van titaniumlegering

Bij moderne vliegtuigmotoren zijn vele professionele disciplines betrokken, zoals pneumatiek, thermische techniek, structuur en sterkte, besturing, testen, computer, productietechnologie en materialen, en wordt geprezen als de parel aan de kroon van de moderne industrie. Het compressorblad is een van de belangrijkste componenten van een vliegtuigmotor. Centrifugale kracht en zijn buigmoment, aerodynamische kracht en zijn buigmoment, thermische belasting en trillingsbelasting, terwijl hij wordt geconfronteerd met de dreiging van schade door vreemde voorwerpen, zoals zand, vliegende vogels, gecombineerd met een groot aantal rotorbladen van vliegtuigmotoren, compressor messen zijn extreem gevoelig voor slijtage, corrosieputten, vallende blokken, vervorming, scheuren en breken en andere schade die leidt tot defecten aan de messen, wat de betrouwbaarheid en veiligheid van vliegtuigen ernstig in gevaar brengt. Vanwege de hoge technische inhoud, hoge kosten, hoge verwerkingsmoeilijkheden en lange onderhoudscyclus van compressorbladen bedragen de kosten voor het repareren van beschadigde bladen slechts 20% van de kosten voor het direct vervangen van bladen. Het repareren van beschadigde messen is dus een zuinigere, milieuvriendelijkere en efficiëntere keuze.

Lasercladding is de laatste jaren een populaire technologie voor oppervlaktemodificatie. Vergeleken met traditionele oppervlaktemodificatietechnologie heeft lasercladding de voordelen van een hoge mate van automatisering, fijne en uniforme structuur van de cladlaag, fijne korrel, hoge hechtsterkte tussen de cladlaag en de matrix, en kleine thermische vervorming van de matrix.

In dit artikel wordt het hogedrukcompressorblad van Ti811-titaniumlegering als onderzoeksobject genomen en wordt de bekledingscoating op het hogedrukcompressorblad van Ti811-legering voorbereid met behulp van de coaxiale lasercladtechnologie voor poederafgifte, en TC{{4 }}Ni45+Y2O3 gemengd legeringspoeder wordt gebruikt als bekledingsmateriaal. De fasesamenstelling, microstructuur en microhardheid van de cladlaag worden geanalyseerd. Het biedt een basis voor de reparatie van compressorbladen van titaniumlegeringen.

Het substraat dat in het experiment werd gebruikt, was een hogedrukcompressorblad van een Ti811-titaanlegering. Tabel 1 toont de belangrijkste chemische samenstelling van de Ti811-titaniumlegering. Het oppervlak van het compressorblad werd gepolijst met schuurpapier om oxiden te verwijderen, en gewassen met watervrije ethanol en gedroogd. Laserbekledingspoeder is 65 gew.% TC4, 33 gew.% Ni45A en 2 gew.% Y2O3 gemengd legeringspoeder, poederdiameter tussen 50 ~ 120 μm. Tabel 2 en Tabel 3 tonen respectievelijk de belangrijkste chemische componenten van TC4 en Ni45.

                                                                        Tabel 1 Chemische component van Ti811-legering (gew.,%)

                                                                             Tabel 2 Chemische samenstelling van TC4 (gew.%)

                                                                               Tabel 3 Chemische samenstelling van Ni45 (gew.%)

Het laservermogen is 350W, de scansnelheid is 7 mm/s, de poedertoevoersnelheid is 0,9 g/s, de laserpuntdiameter is 1 mm, de stroomsnelheid van het beschermingsgas is 17 nl/min, het poeder gasstroomsnelheid is, het poedergas en het beschermingsgas zijn argon.

Het macrobeeld van de bekledingslaag werd waargenomen met optische microscopen. GeminiSEM 460 scanning-elektronenmicroscoop (SEM) werd gebruikt om de microstructuur van de bekledingslaag te analyseren. De microhardheid van de bekledingslaag werd gemeten met Qness Q10A + elektronische microhardheidstester.

Poriën en scheuren zijn de meest voorkomende defecten in lasercladlagen. De belangrijkste redenen voor de vorming van poriën zijn dat het poedergas niet op tijd wordt verwijderd tijdens het stollingsproces van het gesmolten zwembad, en dat gedeeltelijke bekledingsmaterialen verdampen als gevolg van de hoge lasertemperatuur tijdens het smeltproces. De belangrijkste oorzaken van scheuren zijn overmatige thermische spanning, structuurspanning en opsluitingsspanning. Bij het lasercladden worden de vorming, het stollen en het afkoelen van het gesmolten zwembad in zeer korte tijd voltooid, en het snelle koel- en snelle verwarmingsproces leidt tot een zeer grote temperatuurgradiënt, waardoor de thermische spanning aanzienlijk toeneemt. De microstructuurspanning wordt veroorzaakt door het verschil in specifieke warmtecapaciteit tussen het bekledingsmateriaal en het basismateriaal tegelijkertijd, en de ongelijkmatige transformatie tijdens de faseovergang. Opsluitende spanning is de trek- en drukspanning die wordt veroorzaakt door thermische uitzetting en koude samentrekking van materialen, en is ook een belangrijk onderdeel van interne spanning.

AFB. 4 toont de dwarsdoorsnede van de bekledingslaag en de bekledingslaag op het bladoppervlak van een Ti811-titaniumlegering. Het is te zien dat het oppervlak van de voorbereide meerkanaalsbekledingslaag continu en uniform is, dat de bekledingslaag geen porositeit, scheuren en andere zichtbare gebreken heeft, en dat de interne structuur van de bekledingslaag dicht en uniform is, en dat de bekledingslaag vormt een goede metallurgische combinatie met de bladmatrix. Het is duidelijk dat het implementatie-effect van het lasercladproces goed is.

(a) bladbekledingslaag (b) dwarsdoorsnede van de bekledingslaag

1. In dit artikel wordt gemengd legeringspoeder gebruikt als bekledingsmateriaal op de bladen van de Ti811-hogedrukcompressor van titaniumlegering, en een meerkanaalsbekledingslaag wordt bereid door middel van laserbekledingstechnologie. De bekledingslaag is gelijkmatig verdeeld zonder macroscopische defecten zoals poriën en scheuren. De neergeslagen fasen in de cladlaag zijn voornamelijk TiC-, TIB2-, Ti2Ni- en -Ti-substraten.

2. In de bekledingslaag is TiC equiaxiaal bolvormig, Ti2Ni is onregelmatig massief, TiB2 is dendrietfase, TiC kiemt heterogeen op het oppervlak van TiB2 en vormt een samengestelde structurele fase, en de geprecipiteerde fase verbetert aanzienlijk de microhardheid en slijtvastheid van de bekleding coating.

3. De microhardheid van de lasercladdingcoating bedraagt ​​maximaal 982HV0.3, en de gemiddelde microhardheid is 906HV0.3, wat ongeveer 2,04 maal die van het substraat is. De slijtagesnelheid van de bekledingscoating bedraagt ​​1,07×10-3mm2/ (Nm), wat ongeveer 51,5% minder is dan die van het substraat.