Analisi delle prestazioni del rivestimento laser su lame in lega di titanio

Il moderno motore aeronautico coinvolge molte discipline professionali come la pneumatica, l'ingegneria termica, la struttura e la resistenza, il controllo, i test, i computer, la tecnologia di produzione e i materiali, ed è acclamato come la perla nella corona dell'industria moderna. La pala del compressore è uno dei componenti più importanti del motore aeronautico. La forza centrifuga e il suo momento flettente, la forza aerodinamica e il suo momento flettente, il carico termico e il carico vibrazionale, di fronte alla minaccia di danni causati da corpi estranei, come sabbia, uccelli in volo, combinati con un gran numero di pale del rotore di motori aeronautici, compressori le pale sono estremamente soggette a usura, corrosione, caduta di blocchi, deformazioni, crepe, rotture e altri danni che portano al guasto delle pale, che minacciano seriamente l'affidabilità e la sicurezza dell'aeromobile. A causa dell'elevato contenuto tecnico, dei costi elevati, dell'elevata difficoltà di lavorazione e del lungo ciclo di manutenzione delle pale del compressore, il costo della riparazione delle pale danneggiate rappresenta solo il 20% del costo della sostituzione diretta delle pale. Quindi riparare le lame danneggiate è una scelta più economica, ecologica ed efficiente.

Il rivestimento laser è una tecnologia di modifica della superficie popolare negli ultimi anni. Rispetto alla tradizionale tecnologia di modifica superficiale, il rivestimento laser presenta i vantaggi di un elevato grado di automazione, struttura fine e uniforme dello strato di rivestimento, grana fine, elevata forza di adesione tra lo strato di rivestimento e la matrice e piccola deformazione termica della matrice.

In questo articolo, la pala del compressore ad alta pressione in lega di titanio Ti811 viene presa come oggetto di ricerca e il rivestimento del rivestimento viene preparato sulla pala del compressore ad alta pressione in lega di titanio Ti811 utilizzando la tecnologia di rivestimento laser a distribuzione coassiale di polvere e TC{{4 Come materiale di rivestimento viene utilizzata la polvere di lega mista }}Ni45+Y2O3. Vengono analizzate la composizione della fase, la microstruttura e la microdurezza dello strato di rivestimento. Fornisce una base per la riparazione delle pale del compressore in lega di titanio.

Il substrato utilizzato nell'esperimento era la pala del compressore ad alta pressione in lega di titanio Ti811. La tabella 1 mostra la principale composizione chimica della lega di titanio Ti811. La superficie della pala del compressore è stata lucidata con carta smerigliata per rimuovere gli ossidi, lavata con etanolo anidro ed essiccata. La polvere di rivestimento laser è composta da 65% TC4, 33% Ni45A e 2% Y2O3 in polvere di lega mista, diametro della polvere compreso tra 50 e 120 μm. La Tabella 2 e la Tabella 3 mostrano rispettivamente i principali componenti chimici di TC4 e Ni45.

                                                                        Tabella 1 Componente chimico della lega Ti811 (peso,%)

                                                                             Tabella 2 Composizione chimica di TC4 (peso,%)

                                                                               Tabella 3 Composizione chimica di Ni45 (peso,%)

La potenza del laser è di 350W, la velocità di scansione è di 7 mm/s, la velocità di alimentazione della polvere è di 0,9 g/s, il diametro del punto laser è di 1 mm, la portata del gas di protezione è di 17 nl/min, la polvere la portata del gas è, il gas in polvere e il gas di protezione sono argon.

La vista macro dello strato di rivestimento è stata osservata mediante microscopi ottici. Il microscopio elettronico a scansione (SEM) GeminiSEM 460 è stato utilizzato per analizzare la microstruttura dello strato di rivestimento. La microdurezza dello strato di rivestimento è stata misurata mediante il tester elettronico di microdurezza Qness Q10A.

Pori e crepe sono i difetti più comuni negli strati di rivestimento laser. Le ragioni principali della formazione di pori sono che il gas in polvere non viene rimosso in tempo durante il processo di solidificazione del bagno di fusione e che i materiali di rivestimento parziale vengono vaporizzati a causa dell'elevata temperatura del laser durante il processo di fusione. Le principali cause delle fessurazioni sono l'eccessivo stress termico, lo stress strutturale e lo stress da confinamento. Nel processo di rivestimento laser, la formazione, la solidificazione e il raffreddamento del bagno di fusione vengono completati in un tempo molto breve e il processo di raffreddamento e riscaldamento rapido porta a un gradiente di temperatura molto ampio, che aumenta notevolmente lo stress termico. Lo stress della microstruttura è causato dalla differenza di capacità termica specifica tra il materiale di rivestimento e il materiale di base allo stesso tempo e dalla trasformazione irregolare durante la transizione di fase. Lo stress confinante è lo stress di trazione e di compressione causato dall'espansione termica e dalla contrazione a freddo dei materiali, ed è anche una parte importante dello stress interno.

FICO. 4 mostra la sezione trasversale dello strato di rivestimento e dello strato di rivestimento sulla superficie della lama in lega di titanio Ti811. Si può vedere che la superficie dello strato di rivestimento multicanale preparato è continua e uniforme, lo strato di rivestimento non presenta porosità, crepe e altri difetti visibili e la struttura interna dello strato di rivestimento è densa e uniforme e lo strato di rivestimento forma una buona combinazione metallurgica con la matrice della lama. Si può vedere che l'effetto di implementazione del processo di rivestimento laser è buono.

(a) strato di rivestimento della lama (b) sezione trasversale dello strato di rivestimento

1. In questo documento, la polvere di lega mista viene utilizzata come materiale di rivestimento sulle pale del compressore ad alta pressione in lega di titanio Ti811 e lo strato di rivestimento multicanale viene preparato mediante tecnologia di rivestimento laser. Lo strato di rivestimento è distribuito uniformemente senza difetti macroscopici come pori e crepe. Le fasi precipitate nello strato di rivestimento sono principalmente substrati TiC, TIB2, Ti2Ni e -Ti.

2. Nello strato di rivestimento, TiC è sferico equiassiale, Ti2Ni è massiccio irregolare, TiB2 è fase dendritica, TiC nuclea eterogeneo sulla superficie di TiB2, formando una fase strutturale composita e la fase precipitata migliora significativamente la microdurezza e la resistenza all'usura del rivestimento di rivestimento.

3. La microdurezza del rivestimento del rivestimento laser arriva fino a 982HV0,3 e la microdurezza media è 906HV0,3, ovvero circa 2,04 volte quella del substrato. Il tasso di usura del rivestimento del rivestimento è 1,07×10-3mm2/ (Nm), ovvero circa il 51,5% in meno rispetto a quello del substrato.