微束等离子增材制造镍基修复层的组织性能研究

摘要

微束等离子弧焊方法因其能量密度高，小电流下稳定性高、对工件热影响小等优点被广泛应用于石油化工及航空航天零部件的再制造修复。涡轮发动机叶片叶尖、内燃机气门锥面等零件容易因其苛刻的工作环境产生高温氧化、磨损、腐蚀失效。本研究的主要目的是解决此类零件的失效再制造修复问题，研究微束等离子弧再制造修复工艺，优化镍基修复层的组织和性能（抗氧化性、耐磨损性）。
　　本研究利用有限元模拟方法，模拟了薄板上微束等离子弧焊制备镍基修复层的焊接温度场。结果表明，平面高斯热源和双椭球热源组成的复合热源模型，可以合理的反映微束等离子弧熔覆镍基修复层过程中的热输入状态。修复层结晶过程中受到热循环的影响，使熔合线附近主要为垂直生长的柱状晶；修复层中心析出物较粗大，形态多样；上层有较多针状组织。研究了微束等离子弧熔覆Ni60修复层的组织性能，结果表明：显微组织包括γ-Ni基体，晶间低熔点共晶物Ni4B3、Ni3Si2和析出相：硼铬化合物Cr2B和碳铬化合物Cr23C6、Cr7C3、Cr2C。Ni基修复层中心的平均硬度为580HV0.2。
　　为提高修复层的抗氧化性能和耐磨损性能，本课题采用机械合金化方法在镍基合金粉末中添加了稀土氧化物Y2O3弥散质点，得到经稀土氧化物强化的修复层，研究了稀土氧化物Y2O3对修复层焊接性、显微组织、显微硬度、抗高温氧化性和耐磨损性能的影响，结果表明：稀土氧化物Y2O3可以改变镍基修复层的焊接性及修复层成型参数（堆高、熔宽、熔池金属与基体的润湿角），修复层的宏观成型质量在 Y2O3含量为1％时最好，适量稀土氧化物颗粒的添加可以使修复层中的碳铬、硼铬析出相尺寸减小，分布密度增大，组织显微硬度增加。在Y2O3含量≤1%时，随 Y2O3含量的增加，常温干摩擦条件下镍基修复层耐磨性增加，在700℃下，修复层氧化膜生长速率降低，抗氧化性增加。添加1%含量的Y2O3可以得到组织、综合性能最佳的镍基修复层。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 增材再制造修复技术发展

1.2 镍基自熔合金相关研究

1.3 本研究的选题依据和研究内容

第2章 实验材料及分析方法

2.1 实验材料和样品制备

2. 2 实验分析方法

2.3 实验表征方法

第3章 微束等离子修复层温度场模拟

3.1 焊接有限元分析基础及sysweld简介

3.2 焊接温度场的数值模拟计算

3.3 微束等离子温度场模拟结果及分析

3.4 本章小结

第4章 镍基修复层组织性能研究

4.1 微束等离子熔敷Ni60修复层显微组织及性能

4.2 Y2O3含量对Ni60修复层焊接性的影响

4.3 Y2O3含量对修复层显微组织和性能影响

4.4 本章小结

第5章 镍基修复层的高温氧化行为及耐磨损性研究

5.1 Y2O3含量对镍基修复层的高温氧化性影响

5.2 不同Y2O3含量对耐磨损性能的影响

5.3 本章小结

第6章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢