Диссертация (Методики оптимизации процесса лазерного нанесения износостойких покрытий на валы газотурбинных установок), страница 5

Основноепреимущество проволоки – эта значительно меньшая стоимость, чемпорошковые материалы и простота подачи её в зону обработки.Применение порошковых материалов позволяет управлять в широкихпределах толщиной наносимого слоя, а также создавать на поверхности26различные материалы, в частности композиционные и градиентные. Поимоэтого, имеется возможность применения порошков с различным размеромчастиц.

Для восстановления шеек валов ГТУ предпочтительнее использоватьпорошковые материалы. Недостатком порошковых материалов является ихвысокая стоимость и необходимость применения специальных питателей, сопели оснастки.По видам введения наплавляемых материалов различают следующие [23,24, 70]:1. нанесение материала перед обработкой;2. боковая подача под луч;3.

соосная с лучом подача.Методвведениянаплавляемогоматериалапередобработкойпредусматривает укладку проволоки, насыпание порошка, обмазка суспензией,содержащей порошок и связующее. После нанесения наплавляемого материалаего расплавляют лазерным лучом. Преимуществом такого метода являетсяпростота или полное отсутствие оснастки для размещения материала.Недостатки заключаются в невозможности обработки криволинейных сложныхповерхностей и негарантированного сплавления наплавляемого материала сосновой.Более распространённым является метод боковой подачи порошка илипроволоки.

При этом методе наплавляемый материал подаётся в зонувоздействия луча под углом специальными приспособлениями подачипроволоки или дозаторами порошка. Преимуществом этого метода являетсявысокая производительность, качество наносимого слоя и невысокая стоимостьоснастки. К недостаткам следует отнести сложность обработки криволинейныхповерхностей и подогрева порошка или проволоки перед нанесением.Наиболее универсальным является метод коаксиальной подачи порошка взону обработки.

В этом случае порошок через специальное сопло от питателяподаётся в зону обработки вместе с лазерным лучом [65]. Такая подачапозволяет обрабатывать поверхности в любом пространственном положении и27любой конфигурации. Большим преимуществом этого метода является тотфакт, что во время движения от среза сопла до поверхности порошок можетдополнительно подогреваться, что обеспечивает предупреждение целого рядадефектов, таких как трещины, поры, несплавления и отслоения [28].Существенное влияние на выбор метода наплавки и режимов оказываетвид лазерного источника нагрева.

Известно [29], что возможно применение какгазовых CO2 лазеров, так и твердотельных Nd:YAG [30] лазеров иливолоконных иттербиевых лазеров. Выбор лазерного источника нагрева влияетна диапазоны режимов обработки и автоматизируемость процесса. В настоящеевремя наибольшее распространение приобретают волоконные лазеры, так какони позволяют передавать излучение по гибкому световоду на значительныерасстояния и имеют высокий коэффициент полезного действия.Каждый из рассмотренных методов имеет свои особенности в выборережимов обработки.

Процесс лазерного нанесения покрытий сложныймногофакторный процесс, связанный с выполнением большого количествавзаимоувязанных параметров. Помимо решения задачи получения покрытиянужного состава необходимо обеспечить их сплавление с основой не допускаязначительного перемешивания.В то же время необходимо получитьоптимальные размеры наносимых валиков, так чтобы они обеспечили нужнуюпроизводительность,оптимальныйрасходпорошковинеобходимуюгеометрию.Таким образом, проведённый литературный обзор показывает, чтопроцесс лазерного нанесения покрытий является весьма универсальным ивысокотехнологичным методом для ремонта и восстановления валов ГТУ.Однако этот метод имеет ряд особенностей его применения, связанные соборудованием и режимами обработки соответственно.

Для получениятребуемого качества необходимо увязывать большое количество условий ипараметров. В рассмотренной литературе не обнаружено комплексных методикоптимизации параметров режимов, особенностей оборудования и материаловдля восстановления деталей валов ГТУ. В связи с этим в данной работе была28поставлена актуальная задача разработки и создания комплексной методикиоптимизации процесса нанесения износостойких покрытий на валы ГТУлазерным методом.29ВЫВОДЫ ГЛАВЫ 11.ОднимизосновныхэлементовГТУ,подвергающихсяинтенсивному износу являются валы турбин.2.Восстановление изношенных поверхностей является наиболеераспространённым процессом в сравнении с заменой дефектных валов нановые.3.В сравнении с традиционными методами ремонта и восстановлениялазерное нанесение покрытий обладаете целым рядом преимуществ.4.Лазернаямногообразиемтехнологиявзаимосвязанныхнанесенияпараметров,покрытийотличаетсякоторыенеобходимооптимизировать для выполнения конкретных операций.5.В литературе не обнаружено комплексных методик оптимизациипроцесса лазерного нанесения покрытий применительно к восстановлениювалов ГТУ.На основании литературного обзора, сделанных выводов и цели работыбыли поставлены следующие задачи исследования.Цель и задачи исследования:Целью работы является создание комплекса методик, обеспечивающихоптимизацию выбора материалов, оборудования, режимов обработки ииспытаний для получения высококачественных износостойких покрытий приремонте волов ГТУ.Задачами исследования являются следующие:1.

Выбор вида и состава материала для нанесения на поверхностьматериала вала ГТУ лазерным методом.2. Обоснование и выбор оборудования, необходимого для нанесенияпокрытий на поверхность валов ГТУ лазерным методом.3. Разработка методики и выбор геометрии сопла для подачи порошка взону нанесения покрытий соосно с лазерным лучом.304.

Разработка расчётно-селективной методики оптимизации параметровлазерного нанесения покрытий.5. Определение по расчётно-селективной методике режимов нанесенияпокрытий лазерным методом порошка Stellit 6 на материал вала AISI4340.6. Расчёт на основе методики регрессионного анализа режимовнанесения покрытий лазерным методом порошка Stellit 6 на материалвала AISI 4340.7. Выбор оптимальных режимов для получения покрытий, отвечающихтребованиям восстановительного ремонта валов ГТУ.8. Испытаниямеханическихсвойств,износаимикроструктурыполученных покрытий на оптимальных режимах.

Выбор лучшегорежима.9. Разработка технологической инструкции восстановительного ремонтавалов ГТУ лазерным нанесением покрытий.31Глава2.МЕТОДИКИ,МАТЕРИАЛЫИОБОРУДОВАНИЕ,ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В РАБОТЕ2.1. Материалы подложки и наносимых покрытийВ данной работе рассмотрена технология нанесения покрытий из сплаваStellite 6 коаксиальной лазерной наплавкой на валы газотурбинных машин,изготовленных из стали AISI 4340.Химический состав подложки и наносимого порошка представлен вТаблице 2.1.Таблица 2.1.Химический состав материаловНаименованиеAISI 4340Stellite 6Химический СоставNiCrMoCFe20,90,30,43Основа27-320,9-1,4CoWSiMnSP0,35 0,8 0,04 0,035Основа 4-6Сплавы Stellite на основе кобальта — это наиболее известные и широкоприменяемыесплавыссамыми«универсальными»свойствами.Износостойкие кобальтовые сплавы относятся к системе Co-Cr-W, причемсодержание Cr в сплавах этой группы является наибольшим по сравнению сдругими, так как он имеет ключевое значение в образовании карбидов сразличным соотношением Cr/C.Кобальтовые сплавы обладают превосходной сопротивляемостью к такимвидам износа, как: абразивный, износ при трении скольжения и эрозийныйизнос.

Почти все сплавы Stellite в большей или меньшей степени обладаюттакими свойствами в коррозийных средах и при повышенных температурахработы деталей. Низкоуглеродистые сплавы рекомендуют для использования вусловиях кавитации, износа от трения скольжения или умеренного истирания.Сплавы с более высоким содержанием углерода, как правило, выбирают дляиспользования в условиях абразивного износа, сильного истирания или эрозии.Сплавы имеют превосходную сопротивляемость кавитации, коррозии, эрозии,32абразивному износу и истиранию.

Низкоуглеродистые сплавы, как правило,рекомендуются для использования в условиях кавитации, износа от тренияскольжения или умеренного истирания. Содержание углерода в таких сплавахможет достигать 3,3%. Для использования высокоуглеродистого сплаванеобходимо тщательно подбирать режимы обработки, так как в некоторыхслучаях могут образовываться вторичные карбиды, понижающие пластичностьсплава при высоких температурах (>650 ºС).

Сплав Stellite 6 (российский аналогПР-К60Х30ВС или В3К) сочетает в себе все вышеперечисленные свойства,поэтому он довольно популярен в промышленных применениях [66].Существуют различные модификации сплава Stellite 6: LC, HC, PM. Ониотличаются содержанием углерода и других элементов, присутствующих всплаве Stellite 6 в небольшом количестве, но имеющих важное значение, атакже добавлением других элементов. Например, сплав Stellite 6PM отличаетсяот базового сплава добавлением бора, который придает сплаву дополнительнуюпрочность, а также добавляет ему пластичность [16, 64], тем самымнейтрализуя отрицательное действие углерода.Применение износостойких сплавов Stellite весьма разнообразное: отаэрокосмических подшипников до зубьев промышленных пил [6].