本發(fā)明涉及再制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法。

背景技術(shù)：

壓氣機葉片是航空渦噴發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一，壓氣機轉(zhuǎn)子葉片工作時承受較高的離心負(fù)荷、氣動負(fù)荷、高溫以及振動的交變負(fù)荷，同時由于其位于發(fā)動機前部還會受到發(fā)動機進(jìn)氣道外來異物的沖擊，造成大量服役中期壓氣機葉片未達(dá)到設(shè)計服役周期壽命而報廢。

再制造是以廢舊產(chǎn)品作為生產(chǎn)毛坯，通過專業(yè)化修復(fù)或升級改造的方法使其質(zhì)量特性達(dá)到或優(yōu)于原有新品的制造過程。再制造不同于產(chǎn)品維修或大修，在產(chǎn)品功能、技術(shù)性能及經(jīng)濟性等質(zhì)量特性方面要不低于原型新品，是先進(jìn)制造和綠色制造的重要組成部分。

目前，關(guān)于服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造主要采取尺寸恢復(fù)和損傷修補的方法恢復(fù)損傷葉片的三維尺寸，如采用激光熔覆、等離子熔覆、熱噴涂及手工弧焊等技術(shù)對損傷部位進(jìn)行修復(fù)。盡管修復(fù)后的轉(zhuǎn)子葉片表面無明顯缺陷，但經(jīng)過一定服役周期后的葉片疲勞狀態(tài)下降明顯，導(dǎo)致修復(fù)后的葉片服役性能、可靠性和使用壽命大幅降低，常因葉片疲勞失效問題而造成設(shè)備提前報廢，嚴(yán)重影響裝備最大效能發(fā)揮甚至危及飛行安全。因此，目前對于服役中期鈦合金壓氣機葉片尚未形成一套完整、系統(tǒng)的再制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法，本申請?zhí)峁┑脑僦圃旆椒ㄔ诨謴?fù)損傷葉片三維尺寸的同時，提升葉片的服役性能、服役可靠性和使用壽命。

有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法，包括以下步驟：

A)，將服役中期的鈦合金壓氣機葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行激光熔覆；

B)，將步驟A)得到的葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行修復(fù)后處理，將修復(fù)后處理后的葉片進(jìn)行缺陷檢測；

C)，將步驟B)得到的葉片進(jìn)行熱處理，再依次進(jìn)行噴丸強化和振動光飾。

優(yōu)選的，步驟A)中，所述預(yù)處理具體為：

將鈦合金壓氣機葉片固定裝夾，采用膠帶對所述葉片的非損傷區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，采用硬質(zhì)合金打磨頭對所述葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行打磨處理；

將打磨處理后的葉片進(jìn)行表面清洗。

優(yōu)選的，步驟A)中，所述激光熔覆在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，所述激光熔覆的熔覆層采用300～500目的TC4粉末制備。

優(yōu)選的，步驟A)中，所述激光熔覆的激光功率為500W～800W，送粉方式為同步送粉，送粉速率為10～20g/min，掃描速度為4～10mm/s，激光光斑直徑為1.5～3.5mm，搭接率為40～60％。

優(yōu)選的，步驟B)中，所述修復(fù)后處理后的葉片的葉尖區(qū)域的表面粗糙度Ra<0.8μm，其余區(qū)域沿縱向的表面粗糙度Ra<3.2μm。

優(yōu)選的，步驟B)中，所述缺陷檢測的方式為超聲波探傷、100％熒光探傷和X射線檢查中的一種或多種。

優(yōu)選的，步驟C)中，所述熱處理具體為：

在真空環(huán)境中，將步驟B)得到的葉片在600～700℃保溫2h后冷卻，再在550～590℃保溫2～3h，爐冷至200℃，然后氣冷至80～100℃后出爐。

優(yōu)選的，所述真空環(huán)境的真空度不低于6.0×10^-4mbar。

優(yōu)選的，步驟C)中，所述噴丸包括依次進(jìn)行的干式噴丸與濕式噴丸。

優(yōu)選的，所述干式噴丸采用0.2～0.5mm的鑄鋼丸，噴丸強度為0.3～0.6mmA，覆蓋率為100～300％；所述濕式噴丸采用0.05～0.3mm的陶瓷丸，噴丸強度為0.2～0.4mmA，覆蓋率為100～300％。

本申請?zhí)峁┝艘环N服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法，其依次包括：葉片損傷部位的預(yù)處理、激光熔敷修復(fù)損傷、修復(fù)后表面打磨處理、缺陷檢測、去應(yīng)力退火熱處理、噴丸強化與振動光飾；本申請采用激光熔覆技術(shù)恢復(fù)損傷葉片三維尺寸，修復(fù)過程中熱影響區(qū)小，修復(fù)層組織致密、無缺陷，在實現(xiàn)損傷葉片尺寸恢復(fù)的同時，結(jié)合缺陷檢測、真空熱處理和表面噴丸技術(shù)綜合提升葉片的整體抗疲勞性能，大幅提高了葉片的服役性能、服役可靠性和使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的修復(fù)后產(chǎn)品性能可靠性低，服役性能和使用壽命難以滿足要求等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法的工藝流程圖；

圖2為外物損傷壓氣機葉片的外觀圖；

圖3為采用本發(fā)明提供的再制造方法對損傷區(qū)域進(jìn)行打磨處理后的壓氣機葉片外觀圖；

圖4為采用本發(fā)明提供的再制造方法對損傷區(qū)域修復(fù)后的壓氣機葉片外觀圖；

圖5為采用本發(fā)明提供的再制造方法再制造后的壓氣機葉片外觀圖。

具體實施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明實施例公開了一種服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法，包括以下步驟：

A)，將服役中期的鈦合金壓氣機葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行激光熔覆；

B)，將步驟A)得到的葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行修復(fù)后處理，將修復(fù)后處理后的葉片進(jìn)行缺陷檢測；

C)，將步驟B)得到的葉片進(jìn)行熱處理，再依次進(jìn)行噴丸強化和振動光飾。

本申請?zhí)峁┝艘环N服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法，如圖1所示，圖1為本發(fā)明服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法的工藝流程圖，其包括：葉片表面預(yù)處理-激光熔覆修復(fù)損傷部位-修復(fù)后表面打磨處理-缺陷檢測-真空去應(yīng)力退火熱處理-噴丸強化處理-振動光飾；本申請通過上述過程，在恢復(fù)損傷葉片三維尺寸的同時，提升了葉片的服役性能、服役可靠性和使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的修復(fù)后產(chǎn)品性能可靠性低，服役性能和使用壽命難以滿足要求等問題。

本申請所述再制造方法主要針對服役中期鈦合金壓氣機葉片，所述壓氣機葉片主要來源于某飛機發(fā)動機壓氣機葉片，對于葉片的修復(fù)再制造主要針對的是葉尖外物損傷，損傷部位通常不超過整個葉尖面積的10％。

在服役中期鈦合金壓氣機葉片的在制造過程中，本申請首先將損傷葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理。本申請所述預(yù)處理具體為：

將鈦合金壓氣機葉片固定裝夾，采用膠帶對所述葉片的非損傷區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，采用硬質(zhì)合金打磨頭對所述葉片的損傷區(qū)域進(jìn)行打磨處理；

將打磨處理后的葉片優(yōu)選采用丙酮溶液進(jìn)行表面清洗。

本申請進(jìn)行所述預(yù)處理是為激光熔覆提供清潔基體表面，是進(jìn)行激光熔覆和各種修復(fù)的前提和基礎(chǔ)，表面清洗的質(zhì)量直接影響熔覆層質(zhì)量以及熔覆層與基體的結(jié)合強度。

按照本發(fā)明，然后將預(yù)處理后的葉片的損傷部位進(jìn)行激光熔覆。所述激光熔覆為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)手段，此處不進(jìn)行贅述。本申請采用激光熔覆進(jìn)行修復(fù)是由于激光能量密度高，熱影響區(qū)小，易于實現(xiàn)自動化控制，容易實現(xiàn)修復(fù)層的控形、控性，同時避免對基體產(chǎn)生變形和其它損傷。所述激光熔覆完成后，修復(fù)部位無明顯缺陷，其尺寸能保證修磨出葉片型面。

本申請所述激光熔覆優(yōu)選在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行，所述激光熔覆的熔覆層優(yōu)選采用300～500目的TC4粉末制備。TC4為葉片本體材料或相近材料，其為α+β型鈦合金。所述激光熔覆過程中影響熔覆層質(zhì)量的工藝參數(shù)包括激光功率、激光光斑直徑、激光掃描速度、修復(fù)粉末的送粉速度等；本申請所述激光熔覆的激光功率優(yōu)選為500W～800W，送粉方式優(yōu)選為同步送粉，送粉速率優(yōu)選為10～20g/min，掃描速度優(yōu)選為4～10mm/s，激光光斑直徑優(yōu)選為1.5～3.5mm，搭接率優(yōu)選為40～60％。

在其它參數(shù)不變的條件下，激光功率過大，熱輸入量大，容易造成葉片變形；激光功率過小，熔覆材料熔化不良，熔覆層與基體界面結(jié)合質(zhì)量差。掃描速度過大，則激光光束作用時間短，易造成熔覆材料熔化不良，熔覆質(zhì)量差；反之，則易造成熔覆層過熔和基體變形。光斑直徑主要影響激光熔覆過程中的功率密度，而功率密度與功率對熔覆層的影響作用相近，當(dāng)光斑直徑過大時，功率密度低，則熔覆層熔化不良；光斑直徑過小，則功率密度大，易造成過熔或基體變形。送粉速度主要影響單位時間內(nèi)激光光束熔化的粉末材料數(shù)量，送粉速度過大，則單位時間內(nèi)激光需要熔化的粉末材料量大，則易造成熔化不良；送粉速度過小，則單位時間內(nèi)激光需要熔化的粉末材料量小，易造成熔覆層過熔。

本申請然后將激光熔覆后的葉片進(jìn)行修復(fù)后處理；激光熔覆后，由于熔覆層通過多道搭接構(gòu)成，表面非常粗糙，可能存在浮渣、氧化皮等缺陷，上述缺陷在熔覆后必須去除，因此熔覆加工時會留有一定的加工余量，通過后處理進(jìn)行葉片修型，去除多余熔覆材料，恢復(fù)葉片型面形狀和尺寸精度。本申請優(yōu)選采用手工打磨去除多余熔覆金屬，以恢復(fù)葉片型面，打磨過程中避免損傷葉片基體，保證葉片基體和焊縫光滑過渡。所述修復(fù)后處理后的葉片的葉尖區(qū)域的表面粗糙度＜0.8μm，其余修復(fù)區(qū)域沿縱向的表面粗糙度＜3.2μm。由于修復(fù)后處理主要目的是修型，粗糙度滿足要求易于后期步驟粗糙度的控制，如果粗糙度超標(biāo)，經(jīng)過后期的噴丸強化和表面光飾處理后，修復(fù)后的葉片無法實現(xiàn)與新品葉片一致的粗糙度要求。

隨后本申請則將修復(fù)后處理后的葉片進(jìn)行缺陷檢測，即對修復(fù)后的葉片優(yōu)選進(jìn)行超聲波探傷、100％熒光探傷或X-光檢查，檢查合格則繼續(xù)進(jìn)行下一步工序，不合格予以報廢處理。對修復(fù)后葉片質(zhì)量進(jìn)行缺陷檢測，主要檢測修復(fù)后葉片內(nèi)部是否存在孔隙、裂紋、夾雜等缺陷，為確保航空飛行安全，對于存在超標(biāo)缺陷的葉片按要求予以報廢。在缺陷檢測的過程中，進(jìn)行熒光探傷檢查，修復(fù)部位不允許有裂紋顯示，允許存在直徑小于0.13mm的凹坑；X-光檢查，不允許存在裂紋顯示，每個葉片之間只允許存在兩處直徑不大于0.15mm的夾雜和微孔，且缺陷間距不小于1.0mm。

按照本發(fā)明，激光熔覆過程產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能對零件使用性能產(chǎn)生負(fù)面影響，特別是不利于葉片疲勞性能的提高，因此需要將缺陷檢測合格的葉片通過真空去應(yīng)力退火去除有害應(yīng)力。所述熱處理具體為：

在真空環(huán)境中，將缺陷檢測合格的葉片在600～700℃保溫2h后冷卻，再在550～590℃保溫2～3h，爐冷至200℃，然后氣冷至80～100℃后出爐；所述真空環(huán)境的真空度不低于6.0×10^-4mbar。

在上述過程中，所述熱處理的溫度分別優(yōu)選為620～680℃，560～580℃，所述真空環(huán)境的真空度優(yōu)選為6.67×10^-4mbar。

本申請然后將熱處理后的葉片進(jìn)行噴丸強化，采用噴丸工藝對葉片型面進(jìn)行表面強化處理，噴丸前葉片表面清潔、干燥無油污，保護(hù)好葉片非噴丸區(qū)域。本申請所述噴丸強化優(yōu)選采用復(fù)合噴丸，即干式噴丸+濕式噴丸，所述干式噴丸為一次大強度干式噴丸，在葉片表面引入高水平壓力，二次噴丸為濕式噴丸，以改善葉片表面粗糙度狀態(tài)。在噴丸強化的過程中，所述干式噴丸采用0.2～0.5mm的鑄鋼丸，噴丸強度為0.3～0.6mmA，覆蓋率為100～300％；所述濕式噴丸采用0.05～0.3mm的陶瓷丸，噴丸強度為0.2～0.4mmA，覆蓋率為100～300％。優(yōu)選的，所述干式噴丸優(yōu)選采用0.3mm的鑄鋼丸，噴丸強度為0.5mmA，覆蓋率為200％；所述濕式噴丸采用0.2mm的陶瓷丸，噴丸強度為0.35mmA，覆蓋率為200％。本申請通過噴丸表面強化，引入壓應(yīng)力，提高葉片的疲勞性能；真空退火熱處理后，葉片整體應(yīng)力趨于0，而葉片表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)有利于改善其疲勞性能，因此需通過復(fù)合噴丸工藝引入壓應(yīng)力，提升零件的抗疲勞性能。

本申請最后對噴丸強化后的葉片進(jìn)行振動光飾；噴丸處理后，葉片表面由于丸粒高速沖擊形成微小的凸起和凹坑，形成粗糙表面，在葉片服役過程中這些表面微觀凸起和凹坑部位容易造成應(yīng)力集中，影響葉片使用性能，因此葉片使用前需進(jìn)行表面光飾，提高表面粗糙度，消除應(yīng)力集中隱患。所述振動光飾為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)手段，此處不進(jìn)行特別的限制。

本申請?zhí)峁┝艘环N服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法，其工藝流程包括：損傷部位打磨預(yù)處理-激光熔覆修復(fù)損傷部位-修復(fù)后表面打磨處理-缺陷檢測-真空去應(yīng)力退火熱處理-噴丸強化處理-振動光飾。該方法實現(xiàn)了服役中期鈦合金壓氣機葉片表面損傷的尺寸恢復(fù)和性能提升，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在修復(fù)手段匱乏、修復(fù)后產(chǎn)品性能和可靠性低、難以滿足使用要求等問題，試驗結(jié)果表明，本申請再制造后葉片滿足發(fā)動機壓氣機使用的技術(shù)要求。

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的服役中期鈦合金壓氣機葉片的再制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實施例的限制。

某型飛機發(fā)動機壓氣機2級風(fēng)扇葉片型面因外物損傷而失效，采用本發(fā)明方法對其再制造，葉片材質(zhì)TC4鈦合金，損傷部位如圖2所示，修復(fù)材料為TC4鈦合金粉末，修復(fù)方法為激光熔覆，修復(fù)后進(jìn)行表面噴丸強化，工藝為干式+濕式復(fù)合噴丸。

具體按如下步驟進(jìn)行：

步驟1-預(yù)處理：采用BT100型專用保護(hù)膠帶對葉片非打磨區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，采用硬質(zhì)合金打磨頭進(jìn)行打磨，去除損傷部位裂紋擴展區(qū)、疲勞層和氧化層，打磨面不能存在圓弧或倒邊，打磨面基體金屬表面完全裸露，無氧化層和疲勞層等缺陷，之后采用丙酮溶液對打磨處理后葉片進(jìn)行表面清洗；如圖3所示，圖3為本發(fā)明中對損傷區(qū)域進(jìn)行打磨處理后的壓氣機葉片外觀圖；

步驟2-激光熔覆修復(fù)損傷部位：在氬氣保護(hù)氣氛下對預(yù)處理后葉片進(jìn)行激光熔覆修復(fù)，恢復(fù)葉片型面尺寸，并留有加工余量，采用粒度范圍300～500目的TC4球形粉末進(jìn)行熔覆層制備，如圖4所示，圖4為本實施例對損傷區(qū)域激光熔覆修復(fù)后的壓氣機葉片外觀圖；具體熔覆工藝參數(shù)如下：

激光功率(半導(dǎo)體激光器)為600W～700W，送粉方式為同步送粉，送粉速率15～20g/min，掃描速度6～8mm/s，激光光斑直徑2.0mm，搭接率50％；

步驟3-熔覆后處理：按型面變化手工打磨去除多余熔覆金屬，恢復(fù)葉片型面，打磨過程中避免損傷葉片基體，打磨順序依次為葉背、葉尖、葉盆，打磨后葉片的葉尖區(qū)域的表面粗糙度＜0.8μm，其余區(qū)域沿縱向的表面粗糙度Ra<3.2μm，最后對修復(fù)部位進(jìn)行手工拋修，保證葉片基體和焊縫光滑過渡；

步驟4-缺陷檢測：采用超聲波探傷、100％熒光探傷或X射線檢查等方法，對修復(fù)后葉片進(jìn)行缺陷檢測，要求葉片修復(fù)層區(qū)域無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷；

步驟5-真空去應(yīng)力退火熱處理：在真空環(huán)境下，分別在620℃保溫2h和580℃保溫2h，爐冷至200℃，然后氣冷至低于80℃出爐，完成葉片真空熱處理；

步驟6-噴丸強化處理：采用二次噴丸對葉片型面進(jìn)行表面強化處理；一次噴丸采用0.3mm鑄鋼丸，噴丸方式為干噴，噴丸強度為0.5mmA，覆蓋率200％，二次噴丸采用0.2mm陶瓷丸，噴丸方式為濕噴，噴丸強度為0.35mmN，覆蓋率200％；步驟7-振動光飾：對強化后的葉片進(jìn)行振動光飾，進(jìn)一步優(yōu)化葉片表面質(zhì)量，圖5為本實施例對損傷區(qū)域再制造后的壓氣機葉片外觀圖。

經(jīng)過本實施例再制造后葉片表面殘余壓應(yīng)力不低于-600MPa，表面粗糙度Ra<0.5μm，使用壽命達(dá)到500小時以上。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。