FV520b鋼熔覆再制造層沖蝕磨損規(guī)律及機理研究.pdf

1、離心式壓縮機在國民生產(chǎn)、生活，國防軍事領(lǐng)域方面扮演重要的角色。隨著我國綠色循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的推進，國家越來越重視研究蘊藏著高附加值的損傷葉片的再制造，損傷葉輪的再制造是解決我國能源匱乏、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。由于再制造葉片服役環(huán)境與原設(shè)備相同，沖蝕損傷是導(dǎo)致氣固兩相介質(zhì)葉輪及再制造葉輪失效的重要原因。開展葉片再制造及其熔覆層的沖蝕損傷評價及機理研究，對于維護再制造離心式壓縮機組及現(xiàn)場員工安全，保工程價值及工廠利益都具有深遠意義。
　

2、　為此，本文依托國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目，利用化學(xué)成分與母材一致的金屬芯焊絲及粉末分別利用鎢極氬弧焊(Tungsten Inert Gas welding)熔覆技術(shù)（下面簡稱TIG熔覆）及激光技術(shù)法制備熔覆層。研究熔覆再制造層的組織及物理機械性能，并分析組織及性能差異的內(nèi)在原因。針對高速超細粒子沖蝕熔覆層研究缺乏的問題，研究多種因素影響下的沖蝕磨損規(guī)律及沖蝕機理。針對沖蝕率數(shù)學(xué)模型可移植性差問題，基于粒子彈塑性碰撞模型

3、建立可預(yù)測最大沖蝕角及各因素影響的數(shù)學(xué)模型。針對不同熔覆層沖蝕表面特性變化規(guī)律及其對其他損傷的影響的研究缺乏，研究熔覆層在不同沖蝕環(huán)境下的沖蝕深度、表面質(zhì)量、表面/亞表面硬度、沖蝕表面殘余應(yīng)力等變化規(guī)律及其形成機制。
　　利用激光熔覆及TIG熔覆技術(shù)在FV520B鋼制備與材料成分相同的熔覆層，并對TIG熔覆層分別進行470℃及615℃回火，所得高質(zhì)量的熔覆層與母材實現(xiàn)高強度冶金結(jié)合;激光熔覆層硬度、耐摩擦磨損性能均有提升，經(jīng)回火處

4、理所得的TIG再制造熔覆層微觀組織、硬度、摩擦性能同基材近似，且分布均勻。不同再制造技術(shù)的熔覆試件拉伸斷裂位置不同，均為薄弱環(huán)節(jié)。除FV520B-S激光熔覆，其他熔覆層、熱影響區(qū)、母材間性能過渡平滑。
　　研究沖蝕時間、沖蝕角度、沖蝕速度、超細粒徑等因素對熔覆層沖蝕過程的影響趨勢，揭示再制造熔覆層的沖蝕機理。熔覆層沖蝕率均隨著沖蝕角度的增大，呈先增加后減少的趨勢，且隨著熔覆層硬度的提高，最高沖蝕點向高角度方向移動。30°左右低角沖

5、蝕時，硬度較高的激光熔覆層的抗沖蝕能力較低。低角度粒子沖蝕磨損的機制是微切削，耐沖蝕性隨熔覆層的硬度的增加而提高，高角度粒子沖蝕，塑性材料經(jīng)反復(fù)塑性變形后硬化剝落或折斷去除，抗沖蝕性能隨硬度的增加而降低。
　　為了用數(shù)學(xué)模型描述塑性材料的沖蝕行為及變化規(guī)律，利用彈塑性理論建立粒子沖擊靶材的碰撞接觸模型，獲得基于沖蝕機理的沖蝕率計算公式。創(chuàng)建模型可預(yù)測多種熔覆層最大沖蝕角，與實際試驗結(jié)果相一致。同時，該模型可以拓展到?jīng)]有形成抗沖蝕的

6、硬質(zhì)相及碳化物尺寸塑性材料的沖蝕預(yù)測。
　　通過研究熔覆層沖蝕表面特性發(fā)現(xiàn):由于較高的沖蝕粗糙度會促進表面疲勞等損傷，當(dāng)角度低于30°，激光熔覆層的抗沖蝕能力及沖蝕的表面質(zhì)量都較好，因此再制造區(qū)域為30°沖蝕角以下的沖蝕損傷，當(dāng)采用激光熔覆進行再制造。再制造區(qū)域的沖蝕角度超過30°時，若再制造因疲勞掉塊損傷的葉片，當(dāng)以沖蝕后更好的表面質(zhì)量為主，進行激光熔覆再制造;若修復(fù)沖蝕減薄葉片，當(dāng)以抗沖蝕性能為主，進行TIG熔覆后熱處理再制造