航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)參數(shù)確定

孔凡莉++趙海濤++馬成元

摘 要：鎳基高溫合金被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)葉片的鑄造中，其所具有的高耐溫性、高耐腐蝕性使得由鎳基高溫合金所鑄造的航空發(fā)動機(jī)葉片的使用壽命和使用質(zhì)量大幅提高。航空發(fā)動機(jī)葉片在工作時會受到熱流、離子流以及空氣中塵埃的高速沖擊，從而導(dǎo)致其工作環(huán)境極為惡劣，為提高航空發(fā)動機(jī)葉片的使用壽命，在航空發(fā)動機(jī)所使用的鎳基高溫合金中加入了多種合金元素。在航空發(fā)動機(jī)葉片的鑄造過程中受航空發(fā)動機(jī)葉片結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜度的影響以及高精度的鑄造要求從而使得航空發(fā)動機(jī)葉片的精鑄成品率極低，約有50%的航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片會出現(xiàn)縮孔、縮松等的缺陷。為提高航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片的成品率可以有條件的對航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片中的缺陷件進(jìn)行修復(fù)。本文在對航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片缺陷進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對如何通過使用激光熔覆技術(shù)對航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片的缺陷進(jìn)行修復(fù)進(jìn)行分析介紹。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片；缺陷；激光熔覆修復(fù)

中圖分類號：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片的鑄造技術(shù)要求高、難度大，從而導(dǎo)致在航空發(fā)動機(jī)葉片精鑄的過程中有相當(dāng)一部分的航空發(fā)動機(jī)葉片鑄造件存在缺陷，在這些缺陷件中有很大一部分存在修復(fù)價值。對于航空發(fā)動機(jī)葉片鑄件的表面修復(fù)可以采用真空釬焊、真空涂層法等的方法。但是上述方法在對航空發(fā)動機(jī)葉片鑄件表面進(jìn)行修復(fù)的過程中所形成的大量熱量將會導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片出現(xiàn)熱裂紋以及焊接變形等問題，從而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片的修復(fù)存在較大的局限性。激光熔覆法是一種超快速加熱和超快速冷卻的航空發(fā)動機(jī)葉片修復(fù)法，在對航空發(fā)動機(jī)葉片表面進(jìn)行修復(fù)時其所產(chǎn)生的熱量少，對于周邊區(qū)域的熱影響小。本文將對使用激光熔覆法對航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片表面缺陷修復(fù)時的注意要點(diǎn)進(jìn)行分析介紹。

1.航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片表面熔覆涂層修復(fù)試驗(yàn)

1.1熔覆涂層試驗(yàn)材料

為更好地驗(yàn)證航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆參數(shù)，通過試驗(yàn)來確定航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片熔覆修復(fù)參數(shù)。試驗(yàn)所使用的航空發(fā)動機(jī)葉片采用的是K417G鎳基高溫合金。在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片修復(fù)涂層材料上選用的是與鎳基高溫合金K417G相類似的鎳基合金粉末，同時在鎳基合金粉末中加入一定量的Y2O3，通過調(diào)整Y2O3的含量配比來找出合適的航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片修復(fù)工藝參數(shù)。

1.2試驗(yàn)方法

在驗(yàn)證航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片的修復(fù)方法時，根據(jù)在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片涂覆材料的不同加入不同含量的Y2O3，并將配置好的熔覆材料放置在研缽中進(jìn)行長時間的研磨以使得涂覆材料得到較為均勻的混合。待到涂覆材料研磨完成后在粉末中加入一定量的醋酸纖維粘結(jié)劑使得涂層粉末形成黏糊狀。在對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片進(jìn)行激光熔覆修復(fù)時，將調(diào)拌好的航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片涂覆材料涂抹在經(jīng)過打磨清洗后的航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片的缺陷處，將其細(xì)細(xì)壓實(shí)并涂抹平整。一般來說，覆蓋在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片缺陷處的涂覆層的厚度約為0.5mm，而后采用激光器對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片缺陷處的涂覆層進(jìn)行激光熔覆修復(fù)。待到修復(fù)完成后將航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片缺陷處截斷查看截面的修復(fù)狀況。

2.航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)結(jié)果分析

通過對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片進(jìn)行激光熔覆修復(fù)時，采用P=1.5kW，V=185±5mm/min，d=3mm且Y2O3的修復(fù)工藝參數(shù)時，航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)的效果最佳，所觀測到的航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆層的表觀質(zhì)量最高，其表面并未發(fā)現(xiàn)孔洞、裂縫等的缺陷。通過在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)中改變Y2O3的含量會使得航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)效果產(chǎn)生較大的差異，造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)所使用的鎳基合金K417G中所含有的Al、Ti含量較高，由于上述兩種金屬元素的影響從而使得航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片的可焊性受到了極大的影響，從而導(dǎo)致K417G鎳及合金在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆焊接時容易產(chǎn)生開裂。

此外，K417G中所含有的氮、氧、硫等的雜質(zhì)元素其由于熔點(diǎn)較低導(dǎo)致其在航空發(fā)動機(jī)鑄造葉片中形成熔點(diǎn)較低的化合物或是共晶體，這些晶體的存在將會導(dǎo)致晶界的弱化，從而使得航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時會產(chǎn)生高溫開裂的問題。

通過多次對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Y2O3的含量控制在1.5wt%時，使用航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)技術(shù)來對缺陷葉片表面進(jìn)行修復(fù)時將能夠獲得較為良好的修復(fù)效果，經(jīng)過切開修復(fù)區(qū)域查看后發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)區(qū)域并未形成裂紋、孔洞等的缺陷。這是由于在對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)的過程中，航空發(fā)動機(jī)所使用的K417G鎳基合金中所含有的氫、氮、硫等的雜質(zhì)元素進(jìn)入到了高溫熔池中，Y2O3將會在高溫化發(fā)生分解，從而生成活性較大的釔離子，分解后所形成的釔離子與K417G合金中的雜質(zhì)元素有著極強(qiáng)的親和力，通過釔離子的作用將會將K417G合金中的雜質(zhì)元素析出并浮至熔池的表層上。

因此在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)中釔離子可以作為清除有害雜質(zhì)元素的作用，通過消除這些雜質(zhì)元素可以使得航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)過程中鎳基合金的可修復(fù)性大幅提高，從而獲得無裂紋和孔洞的涂層。如在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)過程中所添加的Y2O3較低時，其在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)過程中所形成的釔離子將無法將K417G鎳基合金中的雜質(zhì)完全清除，從而導(dǎo)致殘留的雜質(zhì)元素影響K417G合金的可焊接性，從而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時容易產(chǎn)生裂紋。而當(dāng)Y2O3的含量較高時，航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時所性的釔離子含量較高將會導(dǎo)致熔池中液態(tài)合金的流動性大幅降低，從而使得釔離子較難與熔池中的雜質(zhì)形成化合物析出，從而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)后容易形成裂紋缺陷。在航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)的過程中利用低熔點(diǎn)化合物或是共晶相的低熔點(diǎn)特點(diǎn)，可以在熔覆層凝固的過程中將低熔點(diǎn)的化合物或是共晶物排擠在晶界處形成“液態(tài)薄膜”，低熔點(diǎn)化合物或是共相晶的凝固要滯后于整個熔覆層的凝固，低熔點(diǎn)化合物或是共晶相凝固將會產(chǎn)生體積的收縮，從而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)后熔覆層產(chǎn)生熱裂紋。

當(dāng)在對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片進(jìn)行修復(fù)的過程中采用復(fù)合變質(zhì)劑時將會對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)過程中的熔覆層組織相貌產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)熔覆涂層中產(chǎn)生大量的柱狀晶時，其將會對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時的熔覆層的高溫性能產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)在對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片進(jìn)行激光熔覆修復(fù)時，采用復(fù)合變質(zhì)劑將會導(dǎo)致熔覆層凝固時的形核率大幅提高，形成大量的異質(zhì)形核的核心，晶核的較多數(shù)量將會影響晶核的增大，從而使得航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時所形成的熔覆層組織得到一定程度的細(xì)化，從而改變航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時熔覆層的結(jié)晶狀態(tài)使得熔覆層形成較為細(xì)密的等軸晶。

結(jié)語

針對航空發(fā)動機(jī)葉片鑄造過程中所形成的缺陷可以通過采用航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)法進(jìn)行修復(fù)。本文結(jié)合航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)法的特點(diǎn)對航空發(fā)動機(jī)缺陷葉片激光熔覆修復(fù)時的工藝參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)確定，確保缺陷葉片的修復(fù)效果。

參考文獻(xiàn)

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