汽轮机末级叶片激光熔覆研究

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1、第39卷第2期热力透平Vo1．39NO．22Ol0年6月THERMALTURBJNEJun2O10汽轮机末级叶片激光熔覆的研究刘中华，宋思远，徐志明，黄淑秋(杭州汽轮动力集团有限公司，中央研究院，杭州310003)摘要：以Nb、Ti、Si合金粉末(at61：21：18)为原料，在汽轮机末级叶片材料Ti一6Al一4V(TC4)合金表面进行激光熔覆，应用0M、XRD、SEM、EDS和EMPA等方法分析了涂层的显微组织，测试了涂层的显微硬度。结果表明：激光熔覆涂层的组织是在共晶连续固溶体(Nb，Ti)SS弥散分布着Nb3Si和Ti5Si3颗粒，涂层的显微硬度在HV96O一1000之间，比

2、基体合金提高了近3倍。关键词：末级叶片；激光熔覆；涂层；显微组织中图分类号：TK266文献标识码：A文章编号：1672—5549(2010)O2一O113一O3StudyonLaser‘CladdingforLastStageBladesofSteamTurbinesL【，Zhong—hua，SONGSi—yuan，XUZhi—ruing。HUANGShu—qiu(CentralResearchInstitute，HangzhouSteamTurbine&PowerGroupCo．，Ltd．，Hangzhou310003，China)Abstract：TheNb—Ti—Siallo

3、ycoatingwascladdedbylaserforthelaststagebladesofsteamturbines．ThemicrostructuresofcoatingwereanalyzedusingOM，XRD，SEM，EDSandEMPA；andmicr0hardnesswasalsomeasured．TheresultsshowthatthestructureoflasercladdingcoatingisdispersedwithNb3SiandTi5Si3particlesineutectic(Nb，Ti)SSsolidsolution．Themicrohar

4、dnessrangeofcladdinglayerisfromHV960to1000，whichisaboutthreetimesmorethanthatofsubstrateofTitaniumalloys．Keywords：laststageblades；lasercladding；coating；microstructure叶片是汽轮机的关键部件，也是事故最多的Nb粉、Ti粉和Si粉为熔覆材料，采用PRC3000部件，因叶片损坏而引起严重后果的事例在国内型快速轴流CO激光器，在汽轮机末级叶片材料外屡见不鲜口]。据统计，叶片运行事故约占汽TC4合金表面上进行激光熔覆试验，得到以

5、轮机事故率的40，而在叶片失效的事故中，末Nb。Si和TiSi。颗粒为增强相、(Nb，Ti)SS为基级叶片的失效在70以上。因此，叶片的寿命和体的复合涂层，并对该复合涂层的组织结构等进性能对汽轮机的经济效益有重大的影响。末级叶行了分析。片的工作区为湿蒸汽区，湿度为9～14，末级叶片周速度在300m／s以上]，汽流中携带有大1实验方法量的水滴，在很高的轮周速度及离心力作用下，容易使叶片顶部进汽边产生点蚀而失效，叶片抗水选用汽轮机末级叶片材料TCA(Ti一6Al一蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安4V)合金作为基体试验材料，试样尺寸为35mm×全运行。20mm×lOmm。以成分

6、(at)为Nb61Ti21Si18合激光熔覆是目前较先进的激光表面改性技术金粉末作为激光熔覆原料，各种粉末均为200目，之一，选用适当的熔覆材料和激光工艺参数，可使分析纯。将上述粉末用有机粘结剂调匀后均匀涂涂层与基体呈冶金结合，基体热效应和热变形都覆在经过磨削及清洗的基体试样表面，厚度为1．0比较小l4]。但在钛合金表面进行激光熔覆NbmIn左右，在DZF一2001型真空干燥箱烘干，选—Ti—Si复合涂层的研究尚未见报道。本文选用用PRC3000型快速轴流c0激光器在Ar气保收稿日期：2009—11—2O修订日期：2009—12—18作者简介：刘中华(1982一)，男，汉族，硕士，

7、毕业于大连理工大学材料加_T工程专业，研究方向为汽轮机、燃气轮机关键部件表面处理及国产化。$III啊第2期汽轮机朱级叶片激光熔覆的研究护下进行激光熔覆实验。采用下列激光工艺参固溶体(Nb，Ti)SS、Nb。Si和TS颗粒增强相组数：输出功率为2．3kW，光斑直径为4mm，扫描速成。x射线衍射峰的高低定性说明了相应相的含度为3mm／S。量。从图中可以看出，部分物相的X射线衍射峰将激光熔覆后的试样沿涂层横截面切开，经较宽，这是由金属陶瓷涂层在激光熔覆快速凝固过磨削和抛光。