超声辅助激光再制造IN939高温合金组织调控及性能研究
发布时间：2021-06-21 18:07
工业燃气轮机中的进气机匣、涡轮盘、叶片等热端部件在恶劣的服役环境下,易发生疲劳和损伤,若对其直接报废处理将会导致资源及成本的严重浪费,而采用激光再制造技术对受损的热端部件进行修复,将极大的降低成本,减少资源浪费,具有巨大的社会意义和经济价值。激光再制造技术是将再制造工程和激光熔覆技术有效结合的一种激光修复技术,针对受损零部件进行再制造修复,延长受损零部件的服役寿命。然而,热端部件所采用的高温合金在激光修复工艺中易发生气孔、有害相析出、熔合不良等缺陷。为此,本文将超声振动引入高温合金激光再制造技术工艺过程,对激光再制造IN939高温合金修复区的成形质量、显微组织以及综合性能等方面开展研究,为工业燃气轮机热端部件的再制造修复提供理论依据和技术支持。基于超声振动在金属凝固过程中的作用机制,本文首先对超声变幅杆进行结构设计,完成超声辅助激光再制造设备搭建,实现超声振动与激光的有效耦合;综合宏观成形质量和微观组织,对激光熔覆IN939高温合金进行了工艺探索及参数优化;进而将超声引入激光熔覆工艺过程,研究超声对熔覆成形形貌、显微缺陷、微观组织、晶体取向、元素偏析与分布等方面的影响;通过建立仿真模型...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IN939合金的初生γ’相和次生γ’相[13]
超声辅助激光再制造IN939高温合金组织调控及性能研究3图1-2IN939合金中η相形貌[15]Figure1-2.ηphasemorphologyinIN939alloy[15]尼鲁研究所的Jahangiri,M.R[14]根据ASTM:E21标准对服役环境中的叶片进行常温和高温拉伸试验，如图1-3所示，其结果表明IN939合金叶片在长时间暴露于高温环境中表现出脆性，在室温下的拉伸结果表明IN939合金的低延展性是由于沿晶界析出连续的碳化物薄膜，另外MC碳化物向η相和M23C6型碳化物的转变也会导致其性能的降低。显微硬度测试表明，IN939合金叶片不同位置的显微硬度也存在着差别，硬度值在370HV30~410HV30范围内。图1-3IN939合金的力学性能[14]Figure1-3.MechanicalpropertiesofIN939alloy[14]1.3高温合金激光再制造的研究现状激光再制造技术是将激光熔覆成形技术应用于再制造技术，运用修复方法对受损零部件进行性能和质量的恢复，两种技术的结合迅速发展成为激光再制造技术[16]。1990年，徐滨士院士首次在国内提出“再制造工程”的概念[17]，国内再制造技术的起步相对于发达国家较晚，美国、日本、英国等发达国家在20世纪70年代就兴起了再制造工程。由于镍基高温合金在严苛的服役环境中仍然具有优异的高温强度、蠕变强度以及耐热蚀性[18]，常应用于航空航天、燃气轮机热端
超声辅助激光再制造IN939高温合金组织调控及性能研究3图1-2IN939合金中η相形貌[15]Figure1-2.ηphasemorphologyinIN939alloy[15]尼鲁研究所的Jahangiri,M.R[14]根据ASTM:E21标准对服役环境中的叶片进行常温和高温拉伸试验，如图1-3所示，其结果表明IN939合金叶片在长时间暴露于高温环境中表现出脆性，在室温下的拉伸结果表明IN939合金的低延展性是由于沿晶界析出连续的碳化物薄膜，另外MC碳化物向η相和M23C6型碳化物的转变也会导致其性能的降低。显微硬度测试表明，IN939合金叶片不同位置的显微硬度也存在着差别，硬度值在370HV30~410HV30范围内。图1-3IN939合金的力学性能[14]Figure1-3.MechanicalpropertiesofIN939alloy[14]1.3高温合金激光再制造的研究现状激光再制造技术是将激光熔覆成形技术应用于再制造技术，运用修复方法对受损零部件进行性能和质量的恢复，两种技术的结合迅速发展成为激光再制造技术[16]。1990年，徐滨士院士首次在国内提出“再制造工程”的概念[17]，国内再制造技术的起步相对于发达国家较晚，美国、日本、英国等发达国家在20世纪70年代就兴起了再制造工程。由于镍基高温合金在严苛的服役环境中仍然具有优异的高温强度、蠕变强度以及耐热蚀性[18]，常应用于航空航天、燃气轮机热端
【参考文献】：
期刊论文
[1]Inconel 718覆层工艺用于K418叶片激光再制造立体成形[J]. 徐杰,周金宇,任维彬,鲁耀钟,徐先宜. 激光与光电子学进展. 2020(03)
[2]激光立体成形技术中工艺参数的数值模拟分析[J]. 魏勇,邓听之,周淑怡,陈缘,陶家友,周武军. 湖南理工学院学报(自然科学版). 2019(02)
[3]预制坡口角度对激光增材再制造IN718合金组织与性能的影响[J]. 张群莉,李栋,张杰,姚建华,Volodymyr S.Kovalenko. 表面技术. 2019(05)
[4]钼对IN718合金凝固过程中铌元素的偏析和均匀化的影响[J]. 韩大尉,孙文儒,于连旭,刘芳,张滨,胡壮麒. 热处理. 2018(04)
[5]激光熔覆多层熔覆层组织与性能研究[J]. 顾振杰,王春霞,雷剑波,周圣丰. 应用激光. 2017(02)
[6]超声振动辅助激光金属成形IN718沉积态组织及性能的研究[J]. 王潭,张安峰,梁少端,严深平,张连重,李涤尘. 中国激光. 2016(11)
[7]单晶高温合金V槽的激光修复工艺研究[J]. 罗登,路媛媛,郭溪溪,杜锦铮,刘德健. 中国激光. 2016(05)
[8]超声振动辅助激光金属成形技术研究进展[J]. 王潭,张安峰,张文龙,梁少端,李帅,严深平,张连重. 应用激光. 2015(06)
[9]激光定向生长修复DZ125L柱状晶叶片力学性能研究[J]. 齐宝路,张安峰,张文龙,师博飞,李涤尘. 中国激光. 2015(06)
[10]超声冲击细化FGH95镍基高温合金激光熔覆层组织[J]. 戚永爱,赵剑峰,谢德巧,李悦. 焊接学报. 2015(03)
博士论文
[1]面向高温高压失效零件的增材修复工艺研究及可修复性评价[D]. 车磊.新疆大学 2018
[2]激光增材制造Inconel 718合金裂纹形成机制及其控制[D]. 陈源.上海交通大学 2017
[3]超声—压力耦合的装置设计及其对Al-Cu合金微观组织的影响[D]. 张杨.华南理工大学 2016
[4]高Al+Ti镍基高温合金损伤粉末冶金法修复再制造研究[D]. 张杰.东北大学 2015
[5]Inconel625合金等离子弧快速成形组织控制及工艺优化[D]. 徐富家.哈尔滨工业大学 2013
[6]IN718系列高温合金凝固偏析及均匀化处理工艺研究[D]. 缪竹骏.上海交通大学 2011
[7]钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究[D]. 李明喜.东南大学 2004
硕士论文
[1]7075铝合金超声辅助TIG焊接工艺及机理研究[D]. 王鹏博.沈阳工业大学 2019
[2]激光沉积修复GH738合金组织与性能研究[D]. 翟泉星.沈阳航空航天大学 2018
[3]激光熔覆YSZ@Ni涂层的温度场和应力场有限元研究[D]. 王丽.南昌航空大学 2017
[4]燃气轮机叶片激光增材修复基础研究[D]. 杨义成.机械科学研究总院 2017
[5]镁合金超声辅助激光焊接特性研究[D]. 郭涛.哈尔滨工业大学 2017
[6]TC4/Ti22Al25Nb激光焊接工艺与组织性能研究[D]. 马长语.山东大学 2017
[7]镍基单晶高温合金激光修复工艺及生长行为研究[D]. 罗登.华中科技大学 2016
[8]超声振动辅助介观尺度半固态金属成形机理和实验研究[D]. 任庆伟.浙江大学 2016
[9]激光再制造镍基高温合金工艺及其高温拉伸性能的研究[D]. 成诚.南京航空航天大学 2016
[10]高频微振作用下激光熔覆Al2O3基涂层的组织与性能研究[D]. 潘斌.上海工程技术大学 2016
本文编号：3241151
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IN939合金的初生γ’相和次生γ’相[13]
超声辅助激光再制造IN939高温合金组织调控及性能研究3图1-2IN939合金中η相形貌[15]Figure1-2.ηphasemorphologyinIN939alloy[15]尼鲁研究所的Jahangiri,M.R[14]根据ASTM:E21标准对服役环境中的叶片进行常温和高温拉伸试验，如图1-3所示，其结果表明IN939合金叶片在长时间暴露于高温环境中表现出脆性，在室温下的拉伸结果表明IN939合金的低延展性是由于沿晶界析出连续的碳化物薄膜，另外MC碳化物向η相和M23C6型碳化物的转变也会导致其性能的降低。显微硬度测试表明，IN939合金叶片不同位置的显微硬度也存在着差别，硬度值在370HV30~410HV30范围内。图1-3IN939合金的力学性能[14]Figure1-3.MechanicalpropertiesofIN939alloy[14]1.3高温合金激光再制造的研究现状激光再制造技术是将激光熔覆成形技术应用于再制造技术，运用修复方法对受损零部件进行性能和质量的恢复，两种技术的结合迅速发展成为激光再制造技术[16]。1990年，徐滨士院士首次在国内提出“再制造工程”的概念[17]，国内再制造技术的起步相对于发达国家较晚，美国、日本、英国等发达国家在20世纪70年代就兴起了再制造工程。由于镍基高温合金在严苛的服役环境中仍然具有优异的高温强度、蠕变强度以及耐热蚀性[18]，常应用于航空航天、燃气轮机热端
超声辅助激光再制造IN939高温合金组织调控及性能研究3图1-2IN939合金中η相形貌[15]Figure1-2.ηphasemorphologyinIN939alloy[15]尼鲁研究所的Jahangiri,M.R[14]根据ASTM:E21标准对服役环境中的叶片进行常温和高温拉伸试验，如图1-3所示，其结果表明IN939合金叶片在长时间暴露于高温环境中表现出脆性，在室温下的拉伸结果表明IN939合金的低延展性是由于沿晶界析出连续的碳化物薄膜，另外MC碳化物向η相和M23C6型碳化物的转变也会导致其性能的降低。显微硬度测试表明，IN939合金叶片不同位置的显微硬度也存在着差别，硬度值在370HV30~410HV30范围内。图1-3IN939合金的力学性能[14]Figure1-3.MechanicalpropertiesofIN939alloy[14]1.3高温合金激光再制造的研究现状激光再制造技术是将激光熔覆成形技术应用于再制造技术，运用修复方法对受损零部件进行性能和质量的恢复，两种技术的结合迅速发展成为激光再制造技术[16]。1990年，徐滨士院士首次在国内提出“再制造工程”的概念[17]，国内再制造技术的起步相对于发达国家较晚，美国、日本、英国等发达国家在20世纪70年代就兴起了再制造工程。由于镍基高温合金在严苛的服役环境中仍然具有优异的高温强度、蠕变强度以及耐热蚀性[18]，常应用于航空航天、燃气轮机热端
【参考文献】：
期刊论文
[1]Inconel 718覆层工艺用于K418叶片激光再制造立体成形[J]. 徐杰,周金宇,任维彬,鲁耀钟,徐先宜. 激光与光电子学进展. 2020(03)
[2]激光立体成形技术中工艺参数的数值模拟分析[J]. 魏勇,邓听之,周淑怡,陈缘,陶家友,周武军. 湖南理工学院学报(自然科学版). 2019(02)
[3]预制坡口角度对激光增材再制造IN718合金组织与性能的影响[J]. 张群莉,李栋,张杰,姚建华,Volodymyr S.Kovalenko. 表面技术. 2019(05)
[4]钼对IN718合金凝固过程中铌元素的偏析和均匀化的影响[J]. 韩大尉,孙文儒,于连旭,刘芳,张滨,胡壮麒. 热处理. 2018(04)
[5]激光熔覆多层熔覆层组织与性能研究[J]. 顾振杰,王春霞,雷剑波,周圣丰. 应用激光. 2017(02)
[6]超声振动辅助激光金属成形IN718沉积态组织及性能的研究[J]. 王潭,张安峰,梁少端,严深平,张连重,李涤尘. 中国激光. 2016(11)
[7]单晶高温合金V槽的激光修复工艺研究[J]. 罗登,路媛媛,郭溪溪,杜锦铮,刘德健. 中国激光. 2016(05)
[8]超声振动辅助激光金属成形技术研究进展[J]. 王潭,张安峰,张文龙,梁少端,李帅,严深平,张连重. 应用激光. 2015(06)
[9]激光定向生长修复DZ125L柱状晶叶片力学性能研究[J]. 齐宝路,张安峰,张文龙,师博飞,李涤尘. 中国激光. 2015(06)
[10]超声冲击细化FGH95镍基高温合金激光熔覆层组织[J]. 戚永爱,赵剑峰,谢德巧,李悦. 焊接学报. 2015(03)
博士论文
[1]面向高温高压失效零件的增材修复工艺研究及可修复性评价[D]. 车磊.新疆大学 2018
[2]激光增材制造Inconel 718合金裂纹形成机制及其控制[D]. 陈源.上海交通大学 2017
[3]超声—压力耦合的装置设计及其对Al-Cu合金微观组织的影响[D]. 张杨.华南理工大学 2016
[4]高Al+Ti镍基高温合金损伤粉末冶金法修复再制造研究[D]. 张杰.东北大学 2015
[5]Inconel625合金等离子弧快速成形组织控制及工艺优化[D]. 徐富家.哈尔滨工业大学 2013
[6]IN718系列高温合金凝固偏析及均匀化处理工艺研究[D]. 缪竹骏.上海交通大学 2011
[7]钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究[D]. 李明喜.东南大学 2004
硕士论文
[1]7075铝合金超声辅助TIG焊接工艺及机理研究[D]. 王鹏博.沈阳工业大学 2019
[2]激光沉积修复GH738合金组织与性能研究[D]. 翟泉星.沈阳航空航天大学 2018
[3]激光熔覆YSZ@Ni涂层的温度场和应力场有限元研究[D]. 王丽.南昌航空大学 2017
[4]燃气轮机叶片激光增材修复基础研究[D]. 杨义成.机械科学研究总院 2017
[5]镁合金超声辅助激光焊接特性研究[D]. 郭涛.哈尔滨工业大学 2017
[6]TC4/Ti22Al25Nb激光焊接工艺与组织性能研究[D]. 马长语.山东大学 2017
[7]镍基单晶高温合金激光修复工艺及生长行为研究[D]. 罗登.华中科技大学 2016
[8]超声振动辅助介观尺度半固态金属成形机理和实验研究[D]. 任庆伟.浙江大学 2016
[9]激光再制造镍基高温合金工艺及其高温拉伸性能的研究[D]. 成诚.南京航空航天大学 2016
[10]高频微振作用下激光熔覆Al2O3基涂层的组织与性能研究[D]. 潘斌.上海工程技术大学 2016
本文编号：3241151
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