K438鎳基高溫合金激光熔覆修復組織與性能研究.pdf

1、學校代碼：10406分類號：TG456.9學號：130085204052南昌航空大學南昌航空大學碩士學位論文（專業(yè)學位研究生）K438K438鎳基高溫合金激光熔覆修復鎳基高溫合金激光熔覆修復組織與性能研究組織與性能研究碩士研究生：任心澈導師：材料工程申請學位級別：熊震宇教授學科、專業(yè)：材料工程所在單位：航空制造工程學院答辯日期：2016年06月授予學位單位：南昌航空大學I摘要本文針對K438鎳基高溫合金精鑄件在鑄造和使用過程中易出現(xiàn)缺陷

2、，需要修復的問題，以Ni60粉末作為修復填充材料，采用激光熔覆的方式對K438鎳基高溫合金進行補焊修復，分別對單道、單層多道以及多層多道激光熔覆修復進行了工藝研究，并針對該合金在激光熔覆修復中的宏觀形貌、顯微組織及力學性能進行了分析。采用光學金相顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）以及能譜儀（EDS）等分析測試手段觀察了工藝條件發(fā)生變化時激光熔覆修復組織的凝固特征，并對其顯微硬度、微區(qū)殘余應(yīng)力以及磨損性能等力

3、學性能進行測試，探討了其磨損機理。工藝試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高激光功率，降低掃描速率或者降低粉末供給速度，都有助于提高熔覆層的熔深、熔寬和接觸角，降低熔高。粉末供給速度與熔深和熔寬的關(guān)系不大，熔覆時過大或過小的掃描間距都會使表面不平整。熱輸入與熔覆層出現(xiàn)裂紋的關(guān)系較大，激光功率偏大、掃描速率或粉末供給速度偏小以及掃描間距偏小，都會造成熱輸入的偏大，從而令熔覆層出現(xiàn)裂紋。掃描路徑與熔覆層質(zhì)量的關(guān)系不大。得到較好的熔覆修復參數(shù)：功率P=1200W

4、，掃描速度VS=5mms，粉末供給速度VF=0.7gs，掃描間距DS=1.8mm，此參數(shù)下可以獲得成形良好，無缺陷的熔覆修復組織。顯微組織分析表明，溫度梯度G和熔池凝固速率R對熔覆層的結(jié)晶形態(tài)有較密切的關(guān)系，從與底部交界處到表面，GR的值減小，組織依次由柱狀晶轉(zhuǎn)化為等軸晶。熱輸入與K438合金的開裂的關(guān)系密切，合金中的裂紋為液化裂紋，主要原因是由于MC碳化物、γγ’共晶以及γ’沉淀相等低熔共晶物在晶界的液化。力學性能研究表明，修復組織的

5、硬度相較于基材有較大提高，減小熱輸入有利于顯微硬度的提高。道間搭接部分殘余應(yīng)力較高，可達500MPa左右，而道內(nèi)未搭接部分殘余應(yīng)力較低，只有大約50~200MPa。K438鎳基高溫合金基材的磨損方式包括磨粒磨損、粘著磨損和氧化磨損三種磨損方式同時存在，熔覆層的磨損類型主要為粘著磨損。熔覆層的耐磨性與平均顯微硬度有著極高的相關(guān)性，熔覆層的抗磨損能力相較于K438基材有了顯著提高，提高掃描間距，會使其平均摩擦系數(shù)提高，從而使磨損率有一定的上