Análise de desempenho de revestimento a laser em lâminas de liga de titânio

O motor aeronáutico moderno envolve muitas disciplinas profissionais, como pneumática, engenharia térmica, estrutura e resistência, controle, testes, informática, tecnologia de fabricação e materiais, e é aclamado como a pérola da coroa da indústria moderna. A lâmina do compressor é um dos componentes mais importantes do motor aeronáutico. Força centrífuga e seu momento fletor, força aerodinâmica e seu momento fletor, carga térmica e carga vibratória, enfrentando a ameaça de danos por objetos estranhos, como areia, pássaros voadores, combinados com um grande número de pás de rotor de motor aeronáutico, compressor as pás são extremamente propensas a desgaste, corrosão, queda de blocos, deformação, rachaduras e quebras e outros danos que levam à falha da pá, o que ameaça seriamente a confiabilidade e a segurança das aeronaves. Devido ao alto conteúdo técnico, alto custo, alta dificuldade de processamento e longo ciclo de manutenção das pás do compressor, o custo de reparo das pás danificadas é de apenas 20% do custo da substituição direta das pás. Portanto, reparar lâminas danificadas é uma escolha mais económica, amiga do ambiente e eficiente.

O revestimento a laser é uma tecnologia popular de modificação de superfície nos últimos anos. Comparado com a tecnologia tradicional de modificação de superfície, o revestimento a laser tem as vantagens de alto grau de automação, estrutura fina e uniforme da camada de revestimento, grão fino, alta resistência de ligação entre a camada de revestimento e a matriz e pequena deformação térmica da matriz.

Neste artigo, a lâmina do compressor de alta pressão da liga de titânio Ti811 é considerada o objeto de pesquisa, e o revestimento de revestimento é preparado na lâmina do compressor de alta pressão da liga Ti811 usando a tecnologia de revestimento a laser de distribuição de pó coaxial e TC{{4 }}Pó de liga mista de Ni45+Y2O3 é usado como material de revestimento. A composição de fases, microestrutura e microdureza da camada de revestimento são analisadas. Ele fornece uma base para o reparo de lâminas de compressor de liga de titânio.

O substrato utilizado no experimento foi a lâmina do compressor de alta pressão em liga de titânio Ti811. A Tabela 1 mostra a principal composição química da liga de titânio Ti811. A superfície da lâmina do compressor foi polida com lixa para remoção de óxidos, lavada com etanol anidro e seca. O pó de revestimento a laser é 65% em peso de TC4, 33% em peso de Ni45A e 2% em peso de pó de liga mista Y2O3, diâmetro do pó entre 50 ~ 120 μm. A Tabela 2 e a Tabela 3 mostram os principais componentes químicos do TC4 e do Ni45, respectivamente.

                                                                        Tabela 1 Componente químico da liga Ti811 (Peso, %)

                                                                             Tabela 2 Composição química do TC4 (peso, %)

                                                                               Tabela 3 Composição química do Ni45 (peso, %)

A taxa de potência do laser é de 350W, a velocidade de varredura é de 7 mm/s, a velocidade de alimentação do pó é de 0,9 g/s, o diâmetro do ponto do laser é de 1 mm, a taxa de fluxo do gás de proteção é de 17 nl/min, o pó a taxa de fluxo de gás é, o gás em pó e o gás de proteção são argônio.

A visão macro da camada de revestimento foi observada por microscópios ópticos. O microscópio eletrônico de varredura (MEV) GeminiSEM 460 foi utilizado para analisar a microestrutura da camada de revestimento. A microdureza da camada de revestimento foi medida pelo Qness Q10A + testador eletrônico de microdureza.

Poros e rachaduras são os defeitos mais comuns nas camadas de revestimento a laser. As principais razões para a formação de poros são que o gás em pó não é removido a tempo durante o processo de solidificação da poça fundida e os materiais de revestimento parcial são vaporizados devido à alta temperatura do laser durante o processo de fusão. As principais causas de fissuras são tensões térmicas excessivas, tensões estruturais e tensões de confinamento. No processo de revestimento a laser, a formação, solidificação e resfriamento da poça fundida são concluídos em um tempo muito curto, e o processo de resfriamento e aquecimento rápido leva a um gradiente de temperatura muito grande, o que aumenta muito o estresse térmico. O estresse da microestrutura é causado pela diferença de capacidade térmica específica entre o material de revestimento e o material de base ao mesmo tempo, e pela transformação desigual durante a transição de fase. A tensão confinante é a tensão de tração e a tensão de compressão causada pela expansão térmica e contração a frio dos materiais, e também é uma parte importante da tensão interna.

FIGO. 4 mostra a seção transversal da camada de revestimento e da camada de revestimento na superfície da lâmina de liga de titânio Ti811. Pode-se observar que a superfície da camada de revestimento multicanal preparada é contínua e uniforme, a camada de revestimento não apresenta porosidade, rachaduras e outros defeitos visíveis, e a estrutura interna da camada de revestimento é densa e uniforme, e a camada de revestimento forma uma boa combinação metalúrgica com a matriz da lâmina. Pode-se observar que o efeito de implementação do processo de revestimento a laser é bom.

(a) camada de revestimento da lâmina (b) seção transversal da camada de revestimento

1. Neste artigo, o pó de liga mista é usado como material de revestimento nas lâminas do compressor de alta pressão de liga de titânio Ti811, e a camada de revestimento multicanal é preparada pela tecnologia de revestimento a laser. A camada de revestimento é distribuída uniformemente sem defeitos macroscópicos, como poros e rachaduras. As fases precipitadas na camada de revestimento são principalmente substratos de TiC, TIB2, Ti2Ni e -Ti.

2. Na camada de revestimento, o TiC é equiaaxial esférico, o Ti2Ni é maciço irregular, o TiB2 é a fase dendrítica, o TiC nuclea heterogêneo na superfície do TiB2, formando uma fase estrutural composta, e a fase precipitada melhora significativamente a microdureza e a resistência ao desgaste do revestimento de revestimento.

3. A microdureza do revestimento de revestimento a laser é de até 982HV0.3, e a microdureza média é de 906HV0.3, que é cerca de 2,04 vezes a do substrato. A taxa de desgaste do revestimento de revestimento é de 1,07×10-3mm2/ (Nm), que é cerca de 51,5% menor que a do substrato.