激光沉积修复BT20钛合金成形特性及其组织

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1、学术论文RESEARCH激光沉积修复BT20钛合金成形特性及其组织FormingPropertiesandMicrostructuresofBT20TitaniumAlloybyLaserDepositionRepair王维蔡淦钦兰云杨光沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室卞宏友王伟[10][摘要]采用激光沉积修复方法对BT20钛合金锻凝固的特点。件误加工和服役造成的损伤进行修复，观察成形件宏观本文通过试验研究激光沉积修复BT20钛合金结形貌特点，分析宏观形貌影响因素。使用光学显微镜观构件的成形特性，并对修复件的宏观形貌、微观组织以察试件内部

2、组织特点，指出内部组织形成原因;对沉积及内部出现的缺陷进行了观察，分析了修复试件顶部宏过程中缺陷特点以及产生的原因进行说明，并给出减少观形貌出现特征以及影响因素，分析了修复件内部组织缺陷的方法。及其成因，并针对可能出现的缺陷类型提出了改善的措关键词:BT20钛合金激光沉积修复气孔熔施。合不良[ABSTRACT]LaserdepositionrepairoftheBT201试验titaniumalloyforgings'mis-machiningdefectsandservice试验系统的原理如图1所示。钛合金激光沉积成damageisresearched.T

3、hemacroscopicappearanceisob-形系统主要由5kW激光器、数控工作台、刮摆式送粉器、servedandthefactorsaregiven.Theinternalmicrostruc-同轴送粉喷嘴、惰性气体动态保护装置(真空度可达turecharacteristicsbyopticalmicroscopyareshowedand10~2Pa，充纯度99.99%氩气，氧气含量小于50ppm）等thereasonsareinvestigated.Thefeatureandcausesofthe组成。试件检测采用OLYMPUS-DP71型光

4、学显微镜分defectsinthedepositionlayersarestudiedandthemeth-析组织。odstoreducedefectsareprovided.反射镜Keywords:BT20titaniumalloyLaserdeposition激光器repairPorosityIllbondingDOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.05.085BT20钛合金属于近α型钛合金,其相变点为送粉器送粉头990℃~1020℃，且中等室温、高温强度以及热稳定性和焊接性能较好，因此BT20钛合金广泛应用于飞机发动[1]

5、机和焊接承力件。在BT20钛合金服役和加工过程中修复试件难免造成表面损伤,需要对表面损伤进行修复。传统的修复加工方法有TIG焊、MIG焊、堆焊、热喷涂、电刷工作台镀、真空电子式束焊接等，但是这些修复方法有着自己的缺点,如传统焊接修复输入热量大，组织粗大，热影惰性气体保护工作室响区大，且容易变形；热喷涂结合力差，孔隙率高；电刷镀效率低，价格昂贵，镀厚有限；真空电子束焊接对环境图1试验系统原理图[2-3]Fig.1Diagramofexperimentalsystem要求苛刻。而激光沉积修复具有热影响区小、与基材形成冶金结合、易于实现自动化等特点，另外，激光沉试

6、验采用的激光加工工艺参数如表1所示。试验积修复方法具有快速凝固的特性也使得修复层组织性用基材为BT20合金，沉积材料为球形BT20粉,其化学[4-5]能优于传统修复方法。相关文献研究表明，激光沉成分如表2所示。试验前用砂纸打磨掉氧化层，用丙酮积成形过程中加工工艺参数对其形貌特征及缺陷影响清洗去除表面油污及杂质，将基板和粉末在真空干燥机[6-9]较大，沉积修复层组织异于基材，其结晶体现了快速中、150℃条件下干燥10h。2015年第5期·航空制造技术85学术论文RESEARCH表1激光加工工艺参数方向，以及熔池上下表面存在温度梯度，导致液体发生激光功率扫描速度

7、送粉量单层高度扫描动态表面波动，从而形成鱼鳞波纹。在沉积层上表面和-1-1搭接率/W/（mm·s）/（g·s）/mm方式侧表面可见一部分小的颗粒状圆球，这是由于粉末未被1500~25003~70.3~0.70.05~0.220%~45%Y往复熔池捕获吸收而发生反弹造成的。上表面颗粒会被下表2BT20合金成分一次的沉积过程熔化，侧表面的颗粒则不断积累。反弹成分AlMoVZrTi的本质原因是，熔池直径小于粉末在基材表面的汇聚直质量分数/%5.5~7.10.5~2.00.8~2.51.5~2.5余径所致。反弹一方面降低了对粉末的利用率，另一方面也增加了成形件的表面

8、宏观不平度。图4所示沉积试件中间较高，边缘稍低，呈弧