تجزیه و تحلیل عملکرد پوشش لیزری روی تیغه های آلیاژ تیتانیوم

موتورهای هوانوردی مدرن شامل بسیاری از رشته های حرفه ای مانند پنوماتیک، مهندسی حرارتی، ساختار و استحکام، کنترل، آزمایش، کامپیوتر، فناوری ساخت و مواد است و به عنوان مروارید در تاج صنعت مدرن مورد ستایش قرار می گیرد. تیغه کمپرسور یکی از مهم ترین اجزای موتور هواپیما است. نیروی گریز از مرکز و گشتاور خمشی آن، نیروی آیرودینامیکی و ممان خمشی آن، بار حرارتی و بار ارتعاشی، در صورت مواجهه با خطر آسیب توسط اجسام خارجی مانند شن، پرندگان در حال پرواز، همراه با تعداد زیادی پره های روتور موتور هوا، کمپرسور تیغه ها بسیار مستعد سایش، گودال های خوردگی، سقوط بلوک ها، تغییر شکل، ترک ها و شکستن و سایر آسیب هایی هستند که منجر به خرابی تیغه ها می شود، که به طور جدی قابلیت اطمینان و ایمنی هواپیما را تهدید می کند. به دلیل محتوای فنی بالا، هزینه بالا، سختی پردازش بالا و چرخه نگهداری طولانی پره های کمپرسور، هزینه تعمیر پره های آسیب دیده تنها 20 درصد هزینه تعویض مستقیم تیغه ها می باشد. بنابراین تعمیر تیغه های آسیب دیده یک انتخاب اقتصادی تر، سازگار با محیط زیست و کارآمدتر است.

روکش لیزری یک فناوری اصلاح سطح محبوب در سال های اخیر است. در مقایسه با تکنولوژی اصلاح سطح سنتی، روکش لیزری دارای مزایای درجه بالای اتوماسیون، ساختار ظریف و یکنواخت لایه روکش، دانه ریز، استحکام پیوند بالا بین لایه روکش و ماتریس و تغییر شکل حرارتی کوچک ماتریس است.

در این مقاله تیغه کمپرسور پرفشار آلیاژ تیتانیوم Ti811 به عنوان هدف تحقیق در نظر گرفته شده است و پوشش روکش روی تیغه کمپرسور پرفشار آلیاژ Ti811 با استفاده از فناوری پوشش لیزری ارسال پودر کواکسیال و TC تهیه شده است. }}Ni45+ پودر آلیاژ مخلوط Y2O3 به عنوان مواد روکش استفاده می شود. ترکیب فاز، ریزساختار و ریزسختی لایه روکش مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. پایه ای برای تعمیر پره های کمپرسور آلیاژ تیتانیوم فراهم می کند.

بستر مورد استفاده در این آزمایش تیغه کمپرسور پرفشار آلیاژ تیتانیوم Ti811 بود. جدول 1 ترکیب شیمیایی اصلی آلیاژ تیتانیوم Ti811 را نشان می دهد. سطح تیغه کمپرسور برای حذف اکسیدها با کاغذ سنباده صیقل داده شد و با اتانول بی آب شسته و خشک شد. پودر روکش لیزری 65wt%TC4، 33wt%Ni45A و پودر آلیاژ مخلوط 2wt%Y2O3، قطر پودر بین 50 تا 120μm است. جدول 2 و جدول 3 به ترتیب اجزای شیمیایی اصلی TC4 و Ni45 را نشان می دهند.

                                                                        جدول 1 جزء شیمیایی آلیاژ Ti811 (Wt, %)

                                                                             جدول 2 ترکیب شیمیایی TC4 (وزنی، %)

                                                                               جدول 3 ترکیب شیمیایی Ni45 (وزنی، %)

نرخ توان لیزر 350 وات، سرعت اسکن 7 میلی‌متر بر ثانیه، سرعت تغذیه پودر 0.9 گرم در ثانیه، قطر نقطه لیزر 1 میلی‌متر، سرعت جریان گاز محافظ 17 نانو لیتر در دقیقه، پودر است. سرعت جریان گاز، گاز پودر و گاز محافظ آرگون است.

نمای ماکرو لایه روکش توسط میکروسکوپ نوری مشاهده شد. میکروسکوپ الکترونی روبشی GeminiSEM 460 (SEM) برای تجزیه و تحلیل ریزساختار لایه روکش استفاده شد. ریزسختی لایه روکش با دستگاه میکروسختی سنج الکترونیکی Qness Q10A اندازه گیری شد.

منافذ و ترک ها شایع ترین عیب در لایه های روکش لیزری هستند. دلایل اصلی ایجاد منافذ این است که گاز پودر در طول فرآیند انجماد حوضچه مذاب به موقع حذف نمی شود و مواد روکش جزئی به دلیل دمای بالای لیزر در طی فرآیند ذوب تبخیر می شوند. علل اصلی ترک ها تنش حرارتی بیش از حد، تنش ساختاری و تنش محصور شدن است. در فرآیند روکش لیزری، تشکیل، انجماد و سرد شدن حوضچه مذاب در مدت زمان بسیار کوتاهی به پایان می رسد و فرآیند خنک سازی سریع و گرمایش سریع منجر به گرادیان دما بسیار زیاد می شود که تنش حرارتی را به شدت افزایش می دهد. تنش ریزساختار به دلیل تفاوت ظرفیت گرمایی ویژه بین مواد روکش و ماده پایه به طور همزمان، و تبدیل ناهموار در طول انتقال فاز ایجاد می شود. تنش محصور کننده تنش کششی و فشاری ناشی از انبساط حرارتی و انقباض سرد مواد است و همچنین بخش مهمی از تنش داخلی است.

شکل. شکل 4 سطح مقطع لایه روکش و لایه روکش را روی سطح تیغه آلیاژ تیتانیوم Ti811 نشان می دهد. مشاهده می شود که سطح لایه روکش چند کاناله تهیه شده پیوسته و یکنواخت است، لایه روکش فاقد تخلخل، ترک و سایر عیوب قابل مشاهده است و ساختار داخلی لایه روکش متراکم و یکنواخت است و لایه روکشی. ترکیب متالورژیکی خوبی با ماتریس تیغه ایجاد می کند. مشاهده می شود که اثر اجرای فرآیند روکش لیزری خوب است.

(الف) لایه روکش تیغه (ب) سطح مقطع لایه روکش

1. در این مقاله از پودر آلیاژ مخلوط به عنوان مواد روکشی بر روی تیغه های کمپرسور پرفشار آلیاژ تیتانیوم Ti811 استفاده شده است و لایه روکش چند کاناله با تکنولوژی روکش لیزری تهیه شده است. لایه روکش به طور یکنواخت بدون عیوب ماکروسکوپی مانند منافذ و ترک توزیع شده است. فازهای ته نشین شده در لایه روکش عمدتاً زیرلایه های TiC، TIB2، Ti2Ni و -Ti هستند.

2. در لایه روکش، TiC کروی هم محور است، Ti2Ni جرمی نامنظم است، TiB2 فاز دندریت است، TiC به صورت ناهمگن در سطح TiB2 هسته می شود و یک فاز ساختاری ترکیبی را تشکیل می دهد و فاز رسوب به طور قابل توجهی ریزسختی و مقاومت به سایش را بهبود می بخشد. پوشش روکش.

3. ریزسختی پوشش روکش لیزری تا 982HV0.3 و ریزسختی متوسط ​​906HV0.3 است که تقریباً 2.04 برابر زیرلایه است. میزان سایش پوشش روکش 1.07×10-3mm2/ (Nm) است که حدود 51.5 درصد کمتر از سطح زیرلایه است.