一種針對(duì)飛機(jī)端軸頸零件表面的激光熔覆修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)飛機(jī)端軸頸零件表面的激光熔覆修復(fù)方法，尤其涉及一種采用激光熔融沉積技術(shù)對(duì)飛機(jī)端軸頸零件在長(zhǎng)期服役后出現(xiàn)的機(jī)械磨損和劃傷故障進(jìn)行修復(fù)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)端軸頸零件是用于某飛機(jī)上固定發(fā)動(dòng)機(jī)的重要承力件，其材料通常為lCrl5Ni4Mo3N半奧氏體沉淀硬化不銹鋼，該材料具有高的強(qiáng)度、低的缺口敏感性、優(yōu)良的橫向力學(xué)性能和耐腐蝕性能。然而飛機(jī)到一個(gè)翻修周期后，發(fā)現(xiàn)部分端軸頸的表面出現(xiàn)了不同程度的軸向或周向的劃傷或磨損，導(dǎo)致零件的表面粗糙且出現(xiàn)尺寸超差現(xiàn)象。端軸頸零件表面的劃傷和磨損深度通常為0.5?2.0mm，但對(duì)零件修復(fù)區(qū)域的強(qiáng)度、結(jié)合力、韌性有較高要求，故需采用能夠?qū)崿F(xiàn)冶金結(jié)合的熔焊方法進(jìn)行修復(fù)。
[0003]根據(jù)端軸頸零件的維修要求，在維修過(guò)程中需解決的主要問(wèn)題有:一是填充金屬與母材的線膨脹系數(shù)應(yīng)相近；二是零件母材與填充材料應(yīng)有良好的冶金相容性；三是熔化接頭區(qū)應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能和組織均勻性，為了滿足飛機(jī)一個(gè)大修周期的要求，修復(fù)區(qū)域的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性應(yīng)不低于母材的90% ;四是修復(fù)過(guò)程中需嚴(yán)格控制零件的變形量、熱影響區(qū)深度和熱輸入量。顯然，常用的熔化焊修復(fù)方法(如手工電弧焊、氬弧焊等)的熱輸入量(多0.5KJ/mm)相對(duì)較大，容易引起端軸頸零件在修復(fù)過(guò)程中出現(xiàn)較大變形，修復(fù)后熱影響區(qū)深度也相對(duì)較大，難以滿足工廠或大修手冊(cè)的要求。因此，有必要根據(jù)飛機(jī)端軸頸的修復(fù)要求，選擇并研制新的修復(fù)技術(shù)和修復(fù)工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題而設(shè)計(jì)提供了一種針對(duì)飛機(jī)端軸頸零件表面的激光熔覆修復(fù)方法，其目的是使零件修復(fù)區(qū)域無(wú)氣孔、未熔合、裂紋等缺陷，并具有良好的力學(xué)性能；此外，修復(fù)后端軸頸的尺寸應(yīng)符合零件圖紙標(biāo)準(zhǔn)中的尺寸要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案的具體內(nèi)容是:
[0006]1.所述端軸頸的材料為lCrl5Ni4Mo3N沉淀硬化不銹鋼，所述飛機(jī)端軸頸零件缺陷是指在零件表面局部區(qū)域內(nèi)的機(jī)械磨損或劃傷，缺陷深度為0.5?2.0mm，該激光熔覆修復(fù)方法是采用激光三維熔覆成形工藝及設(shè)備來(lái)完成的，其特征在于:針對(duì)飛機(jī)端軸頸零件激光熔覆修復(fù)方法的步驟包括:
[0007]1)對(duì)待修復(fù)飛機(jī)端軸頸零件表面的損傷區(qū)域進(jìn)行磨削，去除表面雜質(zhì)和氧化層，磨削深度大于損傷區(qū)域的最大深度；
[0008]2)采用激光三維熔覆成形修復(fù)的工藝參數(shù)為:激光功率為500?1250W、激光掃描速度為400?1200mm/min、送粉方式為同軸的高純度氬氣送粉、送粉速度為3?15g/min、道次間的搭接率為30?70%、氣體保護(hù)方式為同軸雙通道的高純度氬氣保護(hù)、內(nèi)保護(hù)氬氣流量為5?40L/min、外保護(hù)氬氣流量為10?40L/min ；
[0009]3)填充材料是顆粒尺寸為Φ35?Φ 300 μ m的不銹鋼金屬粉末，該不銹鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比是:C..( 0.16%、S1..( 0.70%、Μη:0.5 ?1.0%、S 0.015%、Ρ:彡 0.020%、S+P:彡 0.030%、Cr:13.0 ?17.5%、N1:4.5 ?7.5%、Μο:1.0 ?3.5%、Nb:(1.0%、Ti 0.75%, N:0.05 ?0.10%，余量為 Fe，且 0、N、H 雜質(zhì)元素總量彡 0.5% ；
[0010]4)修復(fù)完成后，采用150?500°C的溫度對(duì)修復(fù)后的飛機(jī)端軸頸零件進(jìn)行1?2小時(shí)的等溫?zé)崽幚硪匀コ「步饘僦械臍堄鄳?yīng)力。
[0011 ] 當(dāng)采用設(shè)備為Arnold 6KW三維激光焊接、制備系統(tǒng)時(shí)，所用的激光熔覆成形修復(fù)工藝參數(shù)為:激光功率為700?1000W、激光掃描速度為600?1000mm/min、送粉方式為同軸的高純度氬氣送粉、送粉速度為4?8g/min、道次間的搭接率為35?50%、氣體保護(hù)方式為同軸雙通道的高純度氬氣保護(hù)、內(nèi)保護(hù)氬氣流量為15?30L/min、外保護(hù)氬氣流量為15 ?30L/mino
[0012]當(dāng)采用設(shè)備為Arnold 6KW三維激光焊接、制備系統(tǒng)時(shí)，所述的填充材料是顆粒尺寸為Φ45?Φ 150 μ m球形的不銹鋼金屬粉末。
[0013]本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]本發(fā)明采用的激光熔覆修復(fù)方法修復(fù)飛機(jī)端軸頸表面的機(jī)械磨損和劃傷缺陷，具有熱輸入量小、精度高、可實(shí)現(xiàn)多維度轉(zhuǎn)動(dòng)、自動(dòng)化程度高和降低飛機(jī)維修時(shí)間與成本等特點(diǎn)，從而在修復(fù)端軸頸零件過(guò)程中能夠防止零件變形、修復(fù)的尺寸精度高，使得后續(xù)機(jī)械加工工作量大幅減少，提高修復(fù)效率。本發(fā)明采用的填充材料與母材具有相近的化學(xué)成分和膨脹系數(shù)，不僅與母材有著很好的冶金相容性，也使得激光熔覆修復(fù)過(guò)程中可以有效降低殘余應(yīng)力、減小熔覆裂紋等缺陷的傾向；本發(fā)明采用的熔覆后等溫?zé)崽幚砜梢赃M(jìn)一步有效消除熔覆殘余應(yīng)力，也能夠提高熔覆層與母材有著很好的結(jié)合力與力學(xué)性能，從而保證修復(fù)后的端軸頸零件能夠適應(yīng)服役中出現(xiàn)的各種苛刻環(huán)境。
[0015]采用本發(fā)明的方法對(duì)端軸頸零件表面進(jìn)行的激光熔覆修復(fù)試驗(yàn)，并對(duì)熔覆修復(fù)試樣的組織、室溫拉伸、室溫沖擊、硬度等力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試和分析，結(jié)果表明，激光熔覆層與零件基體實(shí)現(xiàn)了很好的冶金結(jié)合，組織致密、無(wú)裂紋、夾渣和氣孔等缺陷；激光熔覆態(tài)下熔覆層的抗拉強(qiáng)度、延伸率和沖擊韌性都略高于零件母材，而且熔覆層與母材的結(jié)合力也達(dá)到了母材強(qiáng)度的90%以上；而熔覆層的硬度則是達(dá)到了母材的94%以上。顯然，端軸頸經(jīng)激光熔覆后的修復(fù)層具備優(yōu)于母材的室溫拉伸強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，同時(shí)硬度性能和結(jié)合力性能與母材相當(dāng)。
[0016]采用本發(fā)明對(duì)飛機(jī)端軸頸的磨損或劃傷部位進(jìn)行了修復(fù)，修復(fù)后的零件變形量近乎為零，熱影響區(qū)深度能夠控制在0.5mm以下；修復(fù)區(qū)域無(wú)裂紋、夾渣等缺陷；修復(fù)后零件能夠恢復(fù)使用性能。
[0017]本發(fā)明可直接用于飛機(jī)端軸頸等軸類零件磨損、劃傷等表面缺陷的修復(fù)，解決當(dāng)前一旦出現(xiàn)該類缺陷端軸頸零件就需報(bào)廢的問(wèn)題，為飛機(jī)翻修節(jié)約成本和材料，也為其它飛機(jī)零件出現(xiàn)類似問(wèn)題提供技術(shù)參考。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1待修飛機(jī)端軸頸零件表面的劃傷效果圖；
[0019]圖2修復(fù)后的飛機(jī)端軸頸零件效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的修復(fù)方法和工藝作詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]該種針對(duì)飛機(jī)端軸頸零件表面的激光熔覆修復(fù)方法，所述端軸頸的材料為lCrl5Ni4Mo3N半奧氏體沉淀硬化不銹鋼，所述飛機(jī)端軸頸零件表面缺陷是指在零件局部表面上的機(jī)械磨損和劃傷，磨削深度大于損傷區(qū)域的最大深度；磨削深度范圍約1.0?2.5mm,該激光熔覆修復(fù)方法是采用激光三維熔覆成形工藝及設(shè)備來(lái)完成的，該激光熔覆修復(fù)方法的步驟包括:
[0022]1)對(duì)待修復(fù)飛機(jī)端軸頸零件表面的損傷區(qū)域進(jìn)行磨削，去除表面雜質(zhì)和氧化層，磨削深度約為1.0?2.5mm ；
[0023]2)采用激光三維熔覆成形修復(fù)的工藝參數(shù)為:激光功率為500?1250W、激光掃描速度為400?1200mm/min、送粉方式為同軸的高純度氬氣送粉、送粉速度為3?15g/min、道次間的搭接率為30?70%、氣體保護(hù)方式為同軸雙通道的高純度氬氣保護(hù)、內(nèi)保護(hù)氬氣流量為5?40L/min、外保護(hù)氬氣流量為1