飞机用钛合金零件的激光快速修复

针对TC4钛合金锻件误加工造成的铣槽和面尺寸超差进行了激光快速修复研究。修复区与锻件基体之间形成致密冶金结合,修复区组织为柱状原始β晶界内编织细密的α+β网篮组织,晶内α板条的宽度<1μm。修复过程中发现粉末状况、激光加工参数影响到修复区中气孔、层间或道间熔合不良等缺陷的形成,通过采用粉末真空干燥处理、优化工艺参数等方法获得了修复区内无气孔、熔合不良等缺陷的修复试样。修复试样的室温静载拉伸性能测试结果表明,其抗拉强度达到1000MPa,屈服强度达到925MPa,延伸率为8.0%,接近锻件本体性能。

激光快速修复Ti-6Al-4V合金的显微组织与力学性能

针对Ti-6Al-4V合金在加工和服役过程中的损伤特点,对Ti-6Al-4V合金锻件的3种典型误加工缺陷——槽缺陷、面缺陷和体缺陷进行了激光快速修复研究。激光修复区与锻件基体形成致密冶金结合,Al、V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析。激光修复区组织为粗大原始β晶粒内分布细长的α针及编织细密的α+β板条组织,呈现典型的魏氏结构,热影响区组织从锻件的等轴α+转变β组织逐步过渡到魏氏(α+β)组织。对预制有3种类型缺陷的激光修复试样进行室温静载拉伸试验和硬度测试,结果表明修复试样的拉伸性能达到锻件标准(HB5224-1982)。激光修复试样的硬度和强度高于锻件基体,而塑性则低于锻件基体。因此,激光修复区和锻件基体可看作是一种“强+弱”的组合,这与二者的显微组织是相对应的。

TC4零件激光快速修复加工参数带的选择

通过研究激光加工参数,包括激光功率、光束扫描速度以及送粉率对热输入效率η和熔覆层形状系数ζ的影响规律,并结合激光快速修复过程对热输入效率和熔覆层形状系数的要求,建立了TC4激光快速修复的加工参数带。采用文章所确定的加工参数带中的参数,有利于减小激光快速修复件的变形,得到的修复件无熔合不良缺陷。

激光快速修复发动机叶片疲劳性能研究

发动机叶片激光快速修复可以有效且经济地延长叶片的使用寿命。准确预测不同激光快速修复扫描方向下叶片的疲劳行为,可以确保叶片的安全使用。激光快速修复结构的疲劳性能与制造工艺及微缺陷密切相关,由于其复杂性,目前尚没有可靠的定量分析方法;为解决上述问题,运用损伤力学有限元方法研究了不同扫描方向激光快速修复钛合金材料单胞模型的疲劳寿命;采用单胞模型仿真模拟了疲劳微裂纹的扩展过程,预测了不同扫描角度下,激光快速修复叶片的疲劳裂纹萌生寿命;仿真结果表明,上述方法的计算结果与现有文献中的实验数据吻合较好,为激光快速修复工艺参数的选择提供了有价值的参考数据。

激光快速修复TC18钛合金的显微组织和拉伸力学性能

针对TC18合金在服役过程中的损伤特点,对TC18合金锻件的体损伤进行了激光快速修复研究。首先分析激光修复区的显微组织状态,然后对两类不同体损伤的标准试样和耳片完成激光修复并进行拉伸力学特性分析。结果表明:激光修复区组织为粗大β柱状晶内分布为细小的网篮组织;修复试样的强度高于基体,而塑性则低于基体;修复耳片的失效位置发生在修复界面处,且强度略低于基体。

激光快速成形修复薄壁盘环零件的有限元分析

针对航空中应用的钛合金薄壁盘环零件激光快速成形修复(LRR),建立了3D参数化有限元模型,分析了修复过程中薄壁盘环件的应力和变形演化规律。计算结果表明,应用LRR技术可以成功地实现对薄壁盘环零件的修复。彻底冷却后,修复件的残余应力属于低残余应力水平,零件水平薄壁与竖直薄壁交界处的残余拉应力较大,修复件的整体变形也比较小,两薄壁均在靠近其外端部位置的变形量比其内部要大。冷却阶段的应力分布与熔覆刚完成时的应力分布规律基本相同。随成形修复过程的进行,薄壁修复件的最大变形量增大,冷却时,修复件最大变形量随时间的增加而逐渐减小。

激光快速修复带孔TA15钛合金力学性能研究

针对TA15钛合金锻件在加工和服役过程中受到的损伤,对预损伤试样进行激光快速修复,并将部分修复试样开中心孔,研究修复后无孔试样和中心孔试样的显微组织和室温拉伸性能。采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了试样金相组织以及拉伸断口。结果表明,修复区有粗大的原始柱状β晶粒,晶粒内有细小的α/β片层组织;热影响区呈现了基体的双态组织到激光修复区α/β片层组织的渐变。修复后无孔试样和中心孔试样的抗拉强度和屈服强度较母材有所提高,中心孔试样的抗拉强度和屈服强度增量小于无孔试样,但其各性能均能达到母材性能要求。

增材制造技术在链轮修复中的应用

采用三维扫描、逆向工程和计算机技术,结合激光快速修复技术对磨损失效链轮的链窝进行定量快速修复,并提出了修复的工艺流程和质量检验规程。检测表明,修复的链轮无气孔、裂纹等缺陷,外形尺寸符合使用要求,硬度高于原新件。

热输入对0Cr16Ni6合金激光熔覆修复层组织与性能的影响

针对0Cr16Ni6合金开展激光快速修复试验,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM),观察分析所得接头的接头显微组织构成,利用显微硬度计检测接头硬度。研究表明:激光快速修复0Cr16Ni6合金接头分为基体、热影响区以及熔覆区;随着激光热输入的增加,热影响区组织形貌变化不大,与基体相似,由块状铁素体、奥氏体及其上析出的碳化物和少量板条状马氏体组成,且与熔覆区存在明显的分界线;熔覆区顶部区域组织分布均匀,主要为树枝晶,熔覆区中部呈现树枝晶向柱状枝晶过渡的趋势,熔覆区下部为柱状枝晶,枝晶尺寸随着激光热输入的增加而增大;熔覆区主要由基体γ相、强化相γ′和γ′′相及沿枝晶边界析出的白色不规则相δ和MC相等组成;随激光热输入的逐渐增加,热影响区宽度D和深度H的变动不大,仅存在±0.05 mm以内的微小波动;熔宽d和熔高h逐渐增加;熔覆区平均硬度值随单位时间内热输入量的增加,呈现先增加后减小的趋势,且各区域显微硬度值排序为熔覆区>基体>热影响区。