广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510006
航空发动机零部件结构复杂、尺寸小, 光束可达性差, 为探讨激光斜冲击强化技术对GH4169高温合金材料的强化效果, 通过激光斜冲击强化试验, 研究了激光冲击强化工艺参数对材料表面和深度方向残余应力、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明: 激光能量增大、冲击次数增加, 均会使材料的表面和深度方向残余应力增大, 显微硬度提高, 表面粗糙度值增加; 采取5 J, 6 J, 7 J的能量搭配时, 获得的指标值相对最好, 此时的表面粗糙度为1.08 μm, 表面残余压应力为-446.9 MPa, 残余压应力层深度为1 500 μm, 显微硬度为448.1 HV, 且影响深度为1 300 μm。
激光斜冲击强化 GH4169高温合金 残余应力 表面粗糙度 显微硬度 laser oblique shock peening GH4169 superalloy residual stress surface roughness microhardness
1 南昌航空大学航空构件成形与连接江西省重点实验室, 江西 南昌 330036
2 中国科学院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 230031
对传统轧制态(R)GH4169板材和SLM增材制造(3D)GH4169板材分别进行激光焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对接头显微组织特征进行表征,并对接头进行显微硬度和拉伸测试。试验结果表明熔合区显微组织主要由胞晶向枝晶或柱状晶转变,晶内和晶间区域存在大量δ相和laves相。R/3D GH4169接头、R/R GH4169接头和3D/3D GH4169接头的晶粒尺寸和析出相尺寸依次减小,熔合区平均显微硬度依次增加(250 HV,261 HV,274 HV),接头拉伸强度依次增加(768 MPa,799 MPa,985 MPa)。R/3D GH4169接头和R/R GH4169接头断裂以韧性断裂为主,而3D/3D GH4169接头主要为脆性断裂。
激光技术 激光制造 GH4169高温合金 激光焊 显微组织 力学性能 中国激光
2020, 47(10): 1002006
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
激光熔覆过程伴随着成形气氛与熔池的接触,成形气氛是影响熔覆层显微组织的重要因素。为了实现大型复杂精密、高性能金属结构件的快速制备,高沉积率激光熔覆技术在传统激光熔覆技术的基础上大幅提高能量输入与质量输入,但这也会改变熔池的形貌与温度,从而改变气氛对熔池的作用;此外,随着成形件尺寸增大,提供保护气氛的成本也将急剧增大。基于此,本文采用高沉积率激光熔覆技术分别在氩气气氛与空气气氛下进行GH4169高温合金的单道熔覆实验,研究了成形气氛对高沉积率激光熔覆GH4169合金凝固条件、熔覆层几何特征以及显微组织的影响。结果表明:不同气氛的散热条件虽然改变了熔池的凝固条件,但其对氧化作用的影响很小;与氩气气氛相比,空气气氛下熔池的冷却速率更大,熔覆层一次枝晶间距更细小,Laves相更少,微观偏析程度更低。本文研究结果说明,相比于开放的空气气氛,氩气保护气氛对高沉积率激光熔覆GH4169合金凝固条件与显微组织没有明显的增益作用,这一结果可为工业生产提供参考。
激光技术 高沉积率激光熔覆 成形气氛 GH4169高温合金 显微组织 熔池
1 中国燃气涡轮研究院, 四川 成都 610500
2 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
3 航天科工二院 北京遥感通讯技术研究所, 北京 100854
研究了激光修复GH4169高温合金的显微组织与拉伸性能.结果表明:激光修复GH4169高温合金沉积态组织为沿沉积方向外延连续生长的柱状晶,在枝晶间析出了大量Laves相.靠近修复界面的锻件基材在热影响下发生了完全固溶,呈现为300 μm宽的白亮带.经双级时效(DA)处理后,Laves相颗粒发生部分固溶.DA状态下合金断口形貌与沉积态相似,形成了方向性明显的沿柱状树枝晶排布的韧窝以及无方向性等轴的韧窝形貌,同时在断口上都存在大量的二次裂纹.所有拉伸试样断裂位置在修复区并且距离修复界面2-3 mm.
激光修复 GH4169高温合金 微观组织 拉伸性能 laser forming repair GH4169 alloy microstructure tensile properties
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
对GH4169合金锻件与激光成形修复(LFR)件进行显微组织观察和持久性能实验。结果表明：锻造GH4169合金组织为等轴晶，在晶界和晶内弥散析出颗粒状或短棒状δ 相，可有效阻碍位错运动以及降低裂纹扩展速率；激光修复GH4169 合金经直接双级时效处理(DA)后，与沉积态相比，组织特征变化不大，呈现为沿沉积方向外延生长的柱状枝晶，枝晶间仍然存在块状Laves 相，Laves 相作为一个脆性相，为裂纹的起源和扩展提供了有利的位置和通道。锻件试样经受高温持久载荷时的断裂机制表现为微孔聚集型断裂，其中δ相、碳化物(MC)是微孔形成的核心，并且断裂后留下了形状与尺寸各异的韧窝组织。激光修复试样经受高温持久载荷时断裂发生在修复区一侧，韧窝以枝晶间Laves相和MC为形核中心，因此留下了以枝晶间区域为韧窝中心和以枝晶干区域为撕裂棱的韧窝组织。
激光技术 激光修复 GH4169高温合金 显微组织 持久性能 断裂机制
南昌航空大学 航空制造工程学院, 江西 南昌 330063
采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500 μm厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。
激光微焊接 活性剂 GH4169高温合金 组织 性能 micro-laser welding active flux GH4169 superalloy microstructures properties 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024158
1 南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室， 江西 南昌 330063
2 中国南方航空工业(集团)有限公司， 湖南 株洲 412002
采用精密脉冲激光对厚度为0.2 mm的GH4169高温合金进行焊接试验，利用光学显微镜、电子精密拉伸机等分析测试手段，研究了焊接工艺参数对焊缝形貌的影响，并对接头的金相组织与性能进行了测试、分析。结果表明，以氩气为保护气体，在功率12.8 W，脉宽2.7 ms，脉冲频率5.0 Hz的工艺参数下，以激光为热源可成功实现0.2 mm厚度 GH4169的对接焊，焊缝成形良好、接头抗拉强度高于母材。焊接接头显微组织由焊缝中心区的细小等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成，热影响存在晶间析出物导致腐蚀后有类似于裂纹的黑线生成。焊接接头的显微硬度高于母材。
激光技术 激光微焊接 GH4169高温合金 组织 性能
