论文部分内容阅读
高温合金具有优异的高温强度、良好的抗热腐蚀性和抗疲劳性能,被广泛应用到航空发动机和燃气轮机的热端部件中。但在高温合金零件在制造和服役过程中容易产生缺陷,对有缺陷的零件进行高质量修复具有重要的经济价值。然而,高Al、Ti含量的高温合金焊接性较差,在修复过程中极易产生裂纹。激光增材修复技术具有高能量密度、可局部加热、热影响区小等优点,在修复领域广泛应用。针对上述问题,本文研究了K452高温合金激光修复工艺,以及液化裂纹的产生机理、影响因素以及抑制措施,获得无裂纹的修复试样。在此基础上,分析修复试样的显微组织,测试其力学性能。通过系统的连续激光修复基础工艺实验,分析了激光功率、扫描速率和送粉速率对成形和开裂倾向的影响规律,获得了最佳工艺窗口。在此基础上,通过脉冲激光成形和重熔实验,获得了合适的占空比和频率,分别为70%~80%、20~40Hz。K452高温合金在激光修复过程中容易产生液化裂纹,裂纹起源于热影响区且沿晶界向基材及修复区域扩展。采用低热输入脉冲激光工艺有效抑制了裂纹的产生。通过开槽修复模拟大面积铸造缺陷修复,脉冲激光能量密度低于30 J/mm~2时,液化裂纹被彻底抑制,但搭接区域以及修复区域与基体的界面产生未熔合。采用能量密度为35 J/mm~2的脉冲激光,先将坡口界面修复一层,待其充分冷却后,提高脉冲激光能量密度对中间区域进行修复,获得了无缺陷的大面积修复试样。修复区域凝固过程中Nb、Mo等元素的偏析,导致不规则的Laves相析出。HAZ的γ′相受到激光热循环作用,发生了不同程度的固溶。经过标准热处理后,HAZ的γ′相转变成了球形且分布均匀,平均尺寸为240 nm。脉冲激光修复试样修复区域的平均硬度为267.9 HV,常温下抗拉强度和屈服强度分别为823 MPa、650 MPa,达到了铸态基体的强度。经过标准热处理后,常温下修复试样断裂在基体区域上,表明修复区域强度大于基体强度。高温下修复试样断裂在修复区域,表明基体强度大于修复区域强度;修复试样抗拉强度达到了基体抗拉强度的97.5%。