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博主:adminadmin 2022-05-14 13:25:31 条评论
摘要:在航空制造领域,为了满足高性能航空发动机的规划要求,全叶盘的制造技术越来越受到重视。利用所有叶片轮盘的制造技术,发动机转子叶片和轮盘可以集成在一起,消除了传统连接中的榫头、榫槽和锁紧装置,减少了打结部件和零件数量,避免了榫头的空...

  在航空制造领域,为了满足高性能航空发动机的规划要求,全叶盘的制造技术越来越受到重视。利用所有叶片轮盘的制造技术,发动机转子叶片和轮盘可以集成在一起,消除了传统连接中的榫头、榫槽和锁紧装置,减少了打结部件和零件数量,避免了榫头的空气损失,提高了气动效率,大大简化了发动机结构。目前已广泛应用于各国军用和民用航空发动机,如ej200、F119、f414等军用发动机。虽然整个叶片圆盘有许多优点gh1140板材销售厂家,但其制造过程非常复杂。整个叶片轮盘的感应和制造工艺技术已成为一个世界性的问题。

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  在所有叶片盘的制造过程中,各种成形技术相互作用

  贯穿件构成了所有叶片圆盘的复合制造工艺,一种方法无法替代所有其他工艺[2]。目前,广泛选用的所有叶片盘的制造技能主要包括:精密铸造和铸造技能、精密焊接技能、数控铣削技能、数控电化学加工技能等。在精密焊接技能方面,主要有高能束焊接3)、线性冲突焊接② 以及其他技能。在所有叶片盘的制造过程中,通常通过激光焊接将单个叶片形成叶片环,然后通过电子束焊接将铸造和电解加工的轮盘腹板和叶片环焊接到所有叶片盘的结构中。叶片的工作环境大多为高温、高压、高速、交变气流等恶劣环境。叶片通常由单晶数据制备,而叶片环基体数据主要是高温合金。因此,叶片环的制造过程涉及单晶和高温合金异种材料的激光焊接技术。尽管近年来对各种高温合金及其激光焊接进行了大量研究,但对高温合金和单晶的非均匀数据焊接的研究却很少[610]。此外,在高温合金和单晶异种材料的焊接中,焊缝中合金元素的稀释或添加会改变接头的排列和成分,并影响其机械功能。在本实验中,选择了常见的单晶数据dd407和高温合金GH1140进行激光对接实验。通过改变光束偏移量来调整焊缝中合金元素的含量,并分析了光束偏移量对这种异种金属激光焊接接头力学性能和排列特性的影响。

  1实验

  实验数据为固溶体GH1140铁镍基高温合金板和dd407镍基单晶棒。这两个数据的化学成分如表1和表2所示。GH1140高温合金试样加工成板状,其微观排列如图1所示。刻度为40mmx20mx1 5mm。Dd407镍基单晶从原棒上通过线切割加工成1.5mm厚的薄片圆形,垂直于生长方向的横截面布置和描述如图2所示,

  :激光功率为1300W,焊接速度为20ms,光斑直径为0.6mm,离焦度为0mm,保护气体为工业纯氩,气体流量为10lmin。经过预实验和焊缝宽度测量,确认光束偏移为±0.2mm。定义为当光束趋向于dd407时的方向为正gh1140,

  光束偏移的设置如图3所示。

  2结果与分析

  2.1梁偏移对接头抗拉强度的影响

  表3列出了梁偏移分别为+0.2、0和0.2mm时接头的室温抗拉强度数据。图4显示了典型拉伸试样的开裂方向。在不同的梁偏移条件下,接头在GH1140的母材一侧开裂。根据试验,GH1140母材的抗拉强度为452mpa。根据表3中的数据,可以发现梁偏移对接头的抗拉强度几乎没有影响。接头的抗拉强度约为(450±13.5)MPa。GH1140母材的强度决定了接头的强度。当梁偏移为0时,接头的抗拉强度较高。

  节理的微观排列

  通过比较不同光束偏移下的接头截面跟踪,发现整个微观跟踪没有差异。因此gh1140,当梁偏移为0时gh1140板材销售厂家,取典型接头进行布置和分析。典型接头横截面的微观描述如图5所示。从图5可以看出,焊缝中没有裂纹和气孔等缺陷。焊缝顶部宽,底部窄,最宽部分约2mm,下部焊缝宽度约0.6mm,为典型的“酒杯形”,基于激光作用中心对称分散,符合连续激光焊接的特点。焊缝横截面上半部分呈“洋葱圈”状,存在分层现象。这是因为异种金属在激光高能束热源的作用下熔化,熔池对称流动,不同的熔融金属没有完全混合,由于激光的快速加热和冷却,熔池中的金属不均匀。图6是图5中每个区域的放大图

  图6A显示了GH1140熔合线附近的微观排列。从图中可以看出,与母材的等轴晶排列(如图1所示)相比,焊缝内部存在粗大的枝晶gh1140板材销售厂家,枝晶的生长方向基本垂直于熔合线并向中心生长。根据母材的排列特点,枝晶的主链是具有面心立方结构的镍基奥氏体相,即y相。枝晶之间存在一定的成分偏析,显示出颜色差异。基体金属Dd407侧焊缝中存在的大量Ti(CN)颗粒也呈现出枝晶排列,如图6B所示。枝晶的生长方向明显不同,一个垂直于熔合线,另一个垂直于母材的[001]方向。根据dd407母材的排列分析,dd407侧面焊缝附近的枝晶主干为y相,而沿晶主干为y相。由于dd407母材中Y相的体积比为70%,在快速加热和冷却激光焊接条件下,排列成分不能均匀。上表面中心区域附近焊缝的排列形状如图6C所示。从图中可以看出,一些垂直于熔合线生长的枝晶的生长方向发生了变化,两侧垂直于母材的[001]方向,并且在焊缝中心的上侧有一个等轴晶区,如图6C中的虚线区域所示。增长方向的变化是优先增长的结果。主要有两个生长方向:温度梯度方向和最容易生长的方向。在焊缝中心,温度梯度的影响越来越小, 而增长方向最有可能起决定性作用,因此增长方向会发生变化。

  2.3光束偏移对接头显微硬度的影响图7显示了不同光束偏移条件下上表面水平线附近接头显微硬度的分散情况。

  从图中可以看出,接头的显微硬度变化趋势是普遍的,即从GH1140侧到dd407侧,显微硬度呈逐渐增加的趋势,且高于GH1140母材,这也证明了拉伸试验中接头在GH1140母材上开裂的试验结果。GH1140母材侧熔合线附近无明显软化或硬化,主要与焊接方法有关。激光焊接接头的热影响区较窄。当光束偏移量为0.2mm时,整个焊缝区域的显微硬度与GH1140母材的显微硬度相同。因此,光束越倾向于dd407,dd407的熔合量增加越多,焊缝显微硬度也增加,但两者都小于dd407母材。

  在分析接头的显微硬度分散后,发现光束偏移对接头的显微硬度分散有显著影响

  对于激光焊接,焊缝的显微硬度低于母材,主要是因为焊缝排列基于奥氏体y枝晶,而GH1140母材的原始一次碳化物强化相减少,dd407gh1140异质数据的连接,在不同光束偏移条件下,焊缝的显微硬度相当于或显著高于GH1140母材的显微硬度,如图7所示。焊缝显微硬度的变化有很多原因,如元素含量的变化、排列成分的变化、晶粒大小、固溶强化、强化相的析出等。112]当焊缝基于激光作用中心近似对称分散时,焊缝中的元素含量可通过以下公式量化

  式中,t是焊缝中元素的质量分数,OT:和R:分别是两种母材中元素的质量分数,s和as分别是焊缝面积和光束偏移改变的面积。

  具体计算如下:焊缝分为2.07mmx0。从上到下5mm为2mm的矩形和两个等腰梯形,底边长度分别为2.07、0.56和0.68mm,如图5所示,当光束偏移量为0.2mm时,总焊接面积约为1.7mm,光束偏移量改变的面积约为0.2mmx1 5mm,ass的面积比约为0.17,将母材成分代入计算公式,理论计算结果见表4。同时,对图5中D区对应的不同束流偏移下的实际焊缝进行了能谱分析,实际测量结果如表5所示。从表中可以看出,某些元素的含量与理论分析值更为常见。和

  与GH1140母材成分相比,焊缝中镍、铝、钴、钨等合金元素含量增加。同时,钴和钨等合金元素构成了焊缝

  这种排列方式提高了固溶强化效果。镍和铝的加入使焊缝中的Y相增加,从而提高了焊缝的显微硬度。不同的元素含量会改变焊缝的排列和成分。根据两种贱金属的成分分析,GH1140的排列主要是奥氏体y

  Dd407由70%y相和30%y相组成。在不同束流偏移条件下,dd407在焊缝中的熔合量发生变化,导致Y强化相的含量不同,最终导致硬度分布的差异。通过理论公式确定焊缝中Y'相的含量,如公式(2)所示,

  式中,C和cpd407分别为焊缝中Y相的添加量和dd407母材中Y相的含量,s和as分别为焊缝面积和光束偏移改变的面积。每个区域的计算与公式(1)相同。根据公式(2),当光束偏移量为0.2和0.2mm时,焊缝中Y相的比例依次增加23.1%和46.9%。因此,Y强化相含量的增加也是提高其显微硬度的原因。此外,就晶粒尺寸而言,焊缝中的枝晶尺寸大于dd407母材,但小于GH1140母材(通过对比图2和图6可以看出)。根据霍尔-佩奇公式,多晶体的屈服强度与其粒径成反比。因此,焊缝的显微硬度高于GH1140母材,低于dd407母材

  1) dd407和GH1140异种激光焊接接头的强度约为(450±13.5)MPa,接头在GH1140母材中开裂

  梁偏移对接头的抗拉强度影响不大,主要取决于GH1140母材的强度。2) dd407和GH1140异种激光焊接焊缝的横截面显示出典型的“酒杯”。GH1140侧焊缝为厚枝晶,枝晶生长方向基本垂直于熔合线:dd407侧焊缝为枝晶,但呈现两个明显不同的生长方向:焊缝中心以上区域呈等轴晶排列

  3) 焊接接头的显微硬度从GH1140侧逐渐增加到dd407侧gh1140,并高于GH1140母材的显微硬度。显微硬度增加的原因是CO等元素的固溶强化、Y强化相的加入和晶粒尺寸的变化。