| 标题 | 航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复参数确定 |
| 范文 | 孔凡莉++赵海涛++马成元 摘 要：鎳基高温合金被广泛应用于航空发动机叶片的铸造中，其所具有的高耐温性、高耐腐蚀性使得由镍基高温合金所铸造的航空发动机叶片的使用寿命和使用质量大幅提高。航空发动机叶片在工作时会受到热流、离子流以及空气中尘埃的高速冲击，从而导致其工作环境极为恶劣，为提高航空发动机叶片的使用寿命，在航空发动机所使用的镍基高温合金中加入了多种合金元素。在航空发动机叶片的铸造过程中受航空发动机叶片结构、形状复杂度的影响以及高精度的铸造要求从而使得航空发动机叶片的精铸成品率极低，约有50%的航空发动机铸造叶片会出现缩孔、缩松等的缺陷。为提高航空发动机铸造叶片的成品率可以有条件的对航空发动机铸造叶片中的缺陷件进行修复。本文在对航空发动机铸造叶片缺陷进行分析的基础上对如何通过使用激光熔覆技术对航空发动机铸造叶片的缺陷进行修复进行分析介绍。 关键词：航空发动机铸造叶片；缺陷；激光熔覆修复 中图分类号：TG156 文献标识码：A 航空发动机铸造叶片的铸造技术要求高、难度大，从而导致在航空发动机叶片精铸的过程中有相当一部分的航空发动机叶片铸造件存在缺陷，在这些缺陷件中有很大一部分存在修复价值。对于航空发动机叶片铸件的表面修复可以采用真空钎焊、真空涂层法等的方法。但是上述方法在对航空发动机叶片铸件表面进行修复的过程中所形成的大量热量将会导致航空发动机叶片出现热裂纹以及焊接变形等问题，从而导致航空发动机叶片的修复存在较大的局限性。激光熔覆法是一种超快速加热和超快速冷却的航空发动机叶片修复法，在对航空发动机叶片表面进行修复时其所产生的热量少，对于周边区域的热影响小。本文将对使用激光熔覆法对航空发动机铸造叶片表面缺陷修复时的注意要点进行分析介绍。 1.航空发动机缺陷叶片表面熔覆涂层修复试验 1.1熔覆涂层试验材料 为更好地验证航空发动机缺陷叶片激光熔覆参数，通过试验来确定航空发动机缺陷叶片熔覆修复参数。试验所使用的航空发动机叶片采用的是K417G镍基高温合金。在航空发动机缺陷叶片修复涂层材料上选用的是与镍基高温合金K417G相类似的镍基合金粉末，同时在镍基合金粉末中加入一定量的Y2O3，通过调整Y2O3的含量配比来找出合适的航空发动机缺陷叶片修复工艺参数。 1.2试验方法 在验证航空发动机缺陷叶片的修复方法时，根据在航空发动机缺陷叶片涂覆材料的不同加入不同含量的Y2O3，并将配置好的熔覆材料放置在研钵中进行长时间的研磨以使得涂覆材料得到较为均匀的混合。待到涂覆材料研磨完成后在粉末中加入一定量的醋酸纤维粘结剂使得涂层粉末形成黏糊状。在对航空发动机缺陷叶片进行激光熔覆修复时，将调拌好的航空发动机缺陷叶片涂覆材料涂抹在经过打磨清洗后的航空发动机缺陷叶片的缺陷处，将其细细压实并涂抹平整。一般来说，覆盖在航空发动机缺陷叶片缺陷处的涂覆层的厚度约为0.5mm，而后采用激光器对航空发动机缺陷叶片缺陷处的涂覆层进行激光熔覆修复。待到修复完成后将航空发动机缺陷叶片缺陷处截断查看截面的修复状况。 2.航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复结果分析 通过对航空发动机缺陷叶片激光熔覆结果进行分析后发现，在对航空发动机缺陷叶片进行激光熔覆修复时，采用P=1.5kW，V=185±5mm/min，d=3mm且Y2O3的修复工艺参数时，航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复的效果最佳，所观测到的航空发动机缺陷叶片激光熔覆层的表观质量最高，其表面并未发现孔洞、裂缝等的缺陷。通过在航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复中改变Y2O3的含量会使得航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复效果产生较大的差异，造成这一现象的主要原因是由于航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复所使用的镍基合金K417G中所含有的Al、Ti含量较高，由于上述两种金属元素的影响从而使得航空发动机缺陷叶片的可焊性受到了极大的影响，从而导致K417G镍及合金在航空发动机缺陷叶片激光熔覆焊接时容易产生开裂。 此外，K417G中所含有的氮、氧、硫等的杂质元素其由于熔点较低导致其在航空发动机铸造叶片中形成熔点较低的化合物或是共晶体，这些晶体的存在将会导致晶界的弱化，从而使得航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时会产生高温开裂的问题。 通过多次对航空发动机缺陷叶片激光熔覆工艺参数进行试验，发现当Y2O3的含量控制在1.5wt%时，使用航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复技术来对缺陷叶片表面进行修复时将能够获得较为良好的修复效果，经过切开修复区域查看后发现航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复区域并未形成裂纹、孔洞等的缺陷。这是由于在对航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复的过程中，航空发动机所使用的K417G镍基合金中所含有的氢、氮、硫等的杂质元素进入到了高温熔池中，Y2O3将会在高温化发生分解，从而生成活性较大的钇离子，分解后所形成的钇离子与K417G合金中的杂质元素有着极强的亲和力，通过钇离子的作用将会将K417G合金中的杂质元素析出并浮至熔池的表层上。 因此在航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复中钇离子可以作为清除有害杂质元素的作用，通过消除这些杂质元素可以使得航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复过程中镍基合金的可修复性大幅提高，从而获得无裂纹和孔洞的涂层。如在航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复过程中所添加的Y2O3较低时，其在航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复过程中所形成的钇离子将无法将K417G镍基合金中的杂质完全清除，从而导致残留的杂质元素影响K417G合金的可焊接性，从而导致航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时容易产生裂纹。而当Y2O3的含量较高时，航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时所性的钇离子含量较高将会导致熔池中液态合金的流动性大幅降低，从而使得钇离子较难与熔池中的杂质形成化合物析出，从而导致航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复后容易形成裂纹缺陷。在航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复的过程中利用低熔点化合物或是共晶相的低熔点特点，可以在熔覆层凝固的过程中将低熔点的化合物或是共晶物排挤在晶界处形成“液态薄膜”，低熔点化合物或是共相晶的凝固要滞后于整个熔覆层的凝固，低熔点化合物或是共晶相凝固将会产生体积的收缩，从而导致航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复后熔覆层产生热裂纹。 当在对航空发动机缺陷叶片进行修复的过程中采用复合变质剂时将会对航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复过程中的熔覆层组织相貌产生一定的影响。当熔覆涂层中产生大量的柱状晶时，其将会对航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时的熔覆层的高温性能产生一定的影响。当在对航空发动机缺陷叶片进行激光熔覆修复时，采用复合变质剂将会导致熔覆层凝固时的形核率大幅提高，形成大量的异质形核的核心，晶核的较多数量将会影响晶核的增大，从而使得航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时所形成的熔覆层组织得到一定程度的细化，从而改变航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时熔覆层的结晶状态使得熔覆层形成较为细密的等轴晶。 结语 针对航空发动机叶片铸造过程中所形成的缺陷可以通过采用航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复法进行修复。本文结合航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复法的特点对航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复时的工艺参数进行了试验确定，确保缺陷叶片的修复效果。 参考文献 [1]刘其斌，李绍杰.航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆修复的研究[J].金属热处理，2006，31（3）：52-55. [2]刘其斌，李绍杰.航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆修复层的组织结构[J].金属热处理，2007，32（5）：21-24. [3]吴祥海，李绍杰，刘其斌.工艺参数对航空发动机叶片激光熔覆开裂敏感性的影响[J].现代机械，2005（1）：76-78. |
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