El motor aeronáutico moderno implica muchas disciplinas profesionales como la neumática, la ingeniería térmica, la estructura y la resistencia, el control, las pruebas, la informática, la tecnología y los materiales de fabricación, y es aclamado como la perla de la corona de la industria moderna. La pala del compresor es uno de los componentes más importantes del motor aeronáutico. Fuerza centrífuga y su momento flector, fuerza aerodinámica y su momento flector, carga térmica y carga de vibración, mientras se enfrenta la amenaza de daños por objetos extraños, como arena, pájaros voladores, combinados con una gran cantidad de palas de rotor de motores de avión, compresores. Las palas son extremadamente propensas al desgaste, picaduras de corrosión, caída de bloques, deformaciones, grietas y roturas y otros daños que provocan fallas en las palas, lo que amenaza seriamente la confiabilidad y seguridad de las aeronaves. Debido al alto contenido técnico, el alto costo, la alta dificultad de procesamiento y el largo ciclo de mantenimiento de las paletas del compresor, el costo de reparar las paletas dañadas es solo el 20% del costo de reemplazarlas directamente. Por eso, reparar las palas dañadas es una opción más económica, respetuosa con el medio ambiente y eficiente.
El revestimiento láser es una tecnología de modificación de superficies popular en los últimos años. En comparación con la tecnología tradicional de modificación de superficies, el revestimiento láser tiene las ventajas de un alto grado de automatización, una estructura fina y uniforme de la capa de revestimiento, grano fino, alta fuerza de unión entre la capa de revestimiento y la matriz, y una pequeña deformación térmica de la matriz.
En este artículo, se toma como objeto de investigación la paleta del compresor de alta presión de aleación de titanio Ti811 y se prepara el revestimiento de revestimiento en la paleta del compresor de alta presión de aleación Ti811 utilizando la tecnología de revestimiento láser de suministro de polvo coaxial y TC{{4 }}Ni45+Y2O3 se utiliza polvo de aleación mixta como material de revestimiento. Se analizan la composición de fases, la microestructura y la microdureza de la capa de revestimiento. Proporciona una base para la reparación de palas de compresores de aleación de titanio.
Materiales de prueba y métodos de prueba.
El sustrato utilizado en el experimento fue una paleta de compresor de alta presión de aleación de titanio Ti811. La Tabla 1 muestra la composición química principal de la aleación de titanio Ti811. La superficie de la paleta del compresor se pulió con papel de lija para eliminar los óxidos, se lavó con etanol anhidro y se secó. El polvo de revestimiento láser es un polvo de aleación mixta de 65% en peso de TC4, 33% en peso de Ni45A y 2% en peso de Y2O3, con un diámetro del polvo de entre 50 y 120 μm. La Tabla 2 y la Tabla 3 muestran los principales componentes químicos de TC4 y Ni45, respectivamente.
Tabla 1 Componente químico de la aleación Ti811 (peso,%)
|
Alabama |
V |
Mes |
C |
fe |
N |
O |
Ti |
|
8.1 |
0.99 |
1.05 |
0.03 |
0.01 |
0.05 |
0.06 |
bal |
Tabla 2 Composición química de TC4 (peso,%)
|
Alabama |
V |
fe |
C |
N |
O |
Ti |
|
|
5.5~6.8 |
3.5~4.5 |
0.3 |
0.1 |
0.05 |
0.2 |
bal |
Tabla 3 Composición química de Ni45 (peso,%)
|
C |
B |
Si |
cr |
fe |
Ni |
|
0.3~0.6 |
2.0~3.0 |
3.0~4.5 |
11.0~15.0 |
5 |
bal |
La potencia del láser es de 350W, la velocidad de escaneo es de 7 mm/s, la velocidad de alimentación del polvo es de 0,9 g/s, el diámetro del punto del láser es de 1 mm, el caudal del gas de protección es de 17 nl/min, el polvo El caudal de gas es, el gas de pólvora y el gas de protección son argón.
La vista macro de la capa de revestimiento se observó mediante microscopios ópticos. Se utilizó el microscopio electrónico de barrido (SEM) GeminiSEM 460 para analizar la microestructura de la capa de revestimiento. La microdureza de la capa de revestimiento se midió con el probador de microdureza electrónico Qness Q10A +.
Resultados y análisis de las pruebas.
Los poros y las grietas son los defectos más comunes en las capas de revestimiento láser. Las razones principales para la formación de poros son que el gas en polvo no se elimina a tiempo durante el proceso de solidificación del baño fundido y los materiales de revestimiento parciales se vaporizan debido a la alta temperatura del láser durante el proceso de fusión. Las principales causas de las grietas son la tensión térmica excesiva, la tensión estructural y la tensión de confinamiento. En el proceso de revestimiento láser, la formación, solidificación y enfriamiento del baño fundido se completan en muy poco tiempo, y el rápido proceso de enfriamiento y calentamiento conduce a un gradiente de temperatura muy grande, lo que aumenta en gran medida el estrés térmico. La tensión de la microestructura es causada por la diferencia de capacidad calorífica específica entre el material de revestimiento y el material base al mismo tiempo, y la transformación desigual durante la transición de fase. La tensión de confinamiento es la tensión de tracción y la tensión de compresión causadas por la expansión térmica y la contracción en frío de los materiales, y también es una parte importante de la tensión interna.
HIGO. 4 muestra la sección transversal de la capa de revestimiento y la capa de revestimiento sobre la superficie de la hoja de aleación de titanio Ti811. Se puede ver que la superficie de la capa de revestimiento multicanal preparada es continua y uniforme, la capa de revestimiento no tiene porosidad, grietas y otros defectos visibles, y la estructura interna de la capa de revestimiento es densa y uniforme, y la capa de revestimiento forma una buena combinación metalúrgica con la matriz de la cuchilla. Se puede ver que el efecto de implementación del proceso de revestimiento láser es bueno.
(a) capa de revestimiento de la pala (b) sección transversal de la capa de revestimiento
Conclusión
1. En este artículo, se utiliza polvo de aleación mixta como material de revestimiento en las aspas del compresor de alta presión de aleación de titanio Ti811, y la capa de revestimiento multicanal se prepara mediante tecnología de revestimiento láser. La capa de revestimiento se distribuye uniformemente sin defectos macroscópicos como poros y grietas. Las fases precipitadas en la capa de revestimiento son principalmente sustratos de TiC, TIB2, Ti2Ni y -Ti.
2. En la capa de revestimiento, el TiC es esférico equiaxial, el Ti2Ni es masivo irregular, el TiB2 es una fase dendrítica, el TiC se nuclea de forma heterogénea en la superficie del TiB2, formando una fase estructural compuesta, y la fase precipitada mejora significativamente la microdureza y la resistencia al desgaste del revestimiento de revestimiento.
3. La microdureza del revestimiento de revestimiento láser es de hasta 982HV0.3, y la microdureza promedio es de 906HV0.3, que es aproximadamente 2,04 veces la del sustrato. La tasa de desgaste del revestimiento de revestimiento es 1,07×10-3mm2/ (Nm), que es aproximadamente un 51,5% menor que la del sustrato.