Analiza učinkovitosti laserske prevleke na rezilih iz titanove zlitine

Sodobni letalski motor vključuje številne strokovne discipline, kot so pnevmatika, toplotna tehnika, konstrukcija in trdnost, krmiljenje, testiranje, računalništvo, proizvodna tehnologija in materiali, in je opevan kot biser v kroni sodobne industrije. Lopatica kompresorja je ena najpomembnejših komponent letalskega motorja. Centrifugalna sila in njen upogibni moment, aerodinamična sila in njen upogibni moment, toplotna obremenitev in vibracijska obremenitev, medtem ko se soočamo z nevarnostjo poškodb zaradi tujkov, kot so pesek, leteče ptice, v kombinaciji z velikim številom lopatic rotorja letalskega motorja, kompresorjem lopatice so izjemno nagnjene k obrabi, korozijskim jamam, padajočim blokom, deformacijam, razpokam in zlomom ter drugim poškodbam, ki vodijo do okvare lopatice, kar resno ogroža zanesljivost in varnost letala. Zaradi visoke tehnične vsebnosti, visoke cene, velike težave pri obdelavi in ​​dolgega cikla vzdrževanja lopatic kompresorja znašajo stroški popravila poškodovanih lopatic le 20 % stroškov neposredne zamenjave lopatic. Zato je popravilo poškodovanih rezil bolj ekonomična, okolju prijazna in učinkovita izbira.

Lasersko oblaganje je v zadnjih letih priljubljena tehnologija površinske modifikacije. V primerjavi s tradicionalno tehnologijo površinske modifikacije ima lasersko oplaščenje prednosti visoke stopnje avtomatizacije, fine in enakomerne strukture prevlečnega sloja, drobnega zrna, visoke vezne trdnosti med obložnim slojem in matrico ter majhne toplotne deformacije matrice.

V tem prispevku je lopatica visokotlačnega kompresorja iz titanove zlitine Ti811 vzeta kot raziskovalni predmet, prevleka za oblogo pa je pripravljena na lopatici visokotlačnega kompresorja iz zlitine Ti811 z uporabo tehnologije laserskega oplaščanja s koaksialnim dovajanjem prahu in TC{{4 }}Ni45+Y2O3 prah mešane zlitine se uporablja kot material za oblogo. Analizirane so fazna sestava, mikrostruktura in mikrotrdota obloge. Zagotavlja osnovo za popravilo lopatic kompresorjev iz titanove zlitine.

Substrat, uporabljen v poskusu, je bila lopatica visokotlačnega kompresorja iz titanove zlitine Ti811. Tabela 1 prikazuje glavno kemično sestavo titanove zlitine Ti811. Površino lopatice kompresorja smo polirali s smirkovim papirjem, da smo odstranili okside, sprali z brezvodnim etanolom in posušili. Prašek za lasersko oblogo je 65 mas. % TC4, 33 mas. % Ni45A in 2 mas. % Y2O3 mešani prah zlitine, premer prahu med 50 ~ 120 μm. Tabela 2 in tabela 3 prikazujeta glavne kemične sestavine TC4 oziroma Ni45.

                                                                        Tabela 1 Kemijska komponenta zlitine Ti811 (masa, %)

                                                                             Tabela 2 Kemična sestava TC4 (mas. %)

                                                                               Tabela 3 Kemična sestava Ni45 (mas. %)

Moč laserja je 350W, hitrost skeniranja je 7 mm/s, hitrost dovajanja prahu je 0,9 g/s, premer laserske točke je 1 mm, pretok zaščitnega plina je 17 nl/min, prah pretok plina je, prašni plin in zaščitni plin sta argon.

Makro pogled na oblogo smo opazovali z optičnimi mikroskopi. Za analizo mikrostrukture obloge smo uporabili vrstični elektronski mikroskop (SEM) GeminiSEM 460. Mikrotrdoto obloge smo izmerili z Qness Q10A + elektronskim merilnikom mikrotrdote.

Pore ​​in razpoke so najpogostejše napake v slojih laserskih oblog. Glavni razlogi za nastanek por so, da se praškasti plin ne odstrani pravočasno med postopkom strjevanja bazena staline, delni materiali obloge pa se uparijo zaradi visoke temperature laserja med postopkom taljenja. Glavni vzroki za nastanek razpok so čezmerna toplotna obremenitev, strukturna obremenitev in omejitvena obremenitev. V procesu laserskega oblaganja se oblikovanje, strjevanje in ohlajanje bazena staline zaključi v zelo kratkem času, hitro ohlajanje in hiter proces segrevanja pa vodita do zelo velikega temperaturnega gradienta, kar močno poveča toplotno obremenitev. Napetost mikrostrukture je posledica razlike v specifični toplotni kapaciteti med materialom obloge in osnovnim materialom hkrati ter neenakomerno transformacijo med faznim prehodom. Omejevalna napetost je natezna napetost in tlačna napetost, ki jo povzroči toplotno raztezanje in hladno krčenje materialov, prav tako pa je pomemben del notranje napetosti.

FIG. Slika 4 prikazuje prerez plasti obloge in plasti obloge na površini rezila iz titanove zlitine Ti811. Vidimo lahko, da je površina pripravljenega večkanalnega sloja obloge neprekinjena in enotna, plast obloge nima poroznosti, razpok in drugih vidnih napak, notranja struktura plasti obloge pa je gosta in enakomerna, plast obloge pa tvori dobro metalurško kombinacijo z matriko rezila. Vidimo lahko, da je učinek izvedbe postopka laserske obloge dober.

(a) rezilna obloga (b) prerez obloge

1. V tem prispevku je prah mešane zlitine uporabljen kot material za oblogo na rezilih visokotlačnega kompresorja iz titanove zlitine Ti811, večkanalna plast obloge pa je pripravljena s tehnologijo laserske obloge. Plast obloge je enakomerno porazdeljena brez makroskopskih napak, kot so pore in razpoke. Izločene faze v plašču so v glavnem substrati TiC, TIB2, Ti2Ni in -Ti.

2. V plašču je TiC enakoosno sferičen, Ti2Ni je nepravilno masiven, TiB2 je dendritna faza, TiC nukleira heterogeno na površini TiB2 in tvori kompozitno strukturno fazo, izločena faza pa bistveno izboljša mikrotrdoto in odpornost proti obrabi. obloga obloge.

3. Mikrotrdota laserske prevleke je do 982HV0.3, povprečna mikrotrdota pa je 906HV0.3, kar je približno 2,04-krat večja od podlage. Stopnja obrabe prevleke je 1,07 × 10-3 mm2/ (Nm), kar je približno 51,5 % manj kot stopnja obrabe podlage.