1、第 電火花修復渦輪導向葉片試驗研究論文導讀：本文嘗試采用電火花技術對受損部件進行修復。試樣用陰極射線從渦輪導向器上切下。3結論（1）修復后的試樣的金相組織得到明顯的改善。關鍵詞：電火花，表面強化，渦輪導向器，金相組織，顯微硬度 電火花表面強化是利用電極材料與金屬材料表面間的脈沖火花放電，將電極材料熔融到金屬表面，形成合金化熔滲層。電火花放電屬于高能量密度放熱，亦成電火花熔覆或稱為脈沖電弧顯微堆焊，可以提高零件的硬度、耐磨性、腐蝕性及熱硬型等表面性能。電火花強化工藝方法簡單，裝備造價低，經濟效益明顯，因而廣泛應用模具、導軌及齒輪、軋輥工件面的表面涂覆強化。此外還可以采用不同電極材料對工件表面的性

2、能進行改性處理，亦可收到非常明顯的工藝效果1-6。 航空發動機的渦輪導向葉片，普遍采用高溫鎳基合金制成，使用過程中這些部件經常出現裂紋等損傷。高溫合金價格昂貴，如果受損部件一次性報廢，勢必造成極大的浪費，因此如何良好修復航空發動機的渦輪導向葉片等熱端部件是一個亟待解決的問題。本文嘗試采用電火花技術對受損部件進行修復。 1試驗步驟1.1試驗條件 試樣用陰極射線從渦輪導向器上切下，材料為鎳基高溫合金K418，其化學成分(質量分數，%)為：C0.080.16，Cr11.513.5，Ti0.51.0，Fe1.0，Mn0.5，Al5.56.4，Si0.5，Nb1.82.5，Zr0.060.15，Mo3.

3、84.8，B0.0080.02，余為Ni。試樣經100號粗砂紙打磨，再用丙酮清洗試樣表面、干燥以脫脂。 試驗設備為3H-ES型金屬表面強化修復機。輸入電壓AC220V，單相50/60HZ，功率1500W，頻率70700HZ。采用HXS1000型號的顯微硬度儀，測試試樣的顯微硬度。 電極為旋轉式，強化電極材料與試樣材料相同。試驗中采用氬氣保護。 1.2試驗數據 為了盡可能從較少的實驗中尋找出結論，采用正交實驗法。電火花修復試驗工藝參數如表1所示。 表1試驗工藝參數 因素電壓功率頻率熔覆區硬度VWHzHV165B1C1473.2265B2C2423.5365B3C3445.8465B4C2398.

4、9587B1C3392.0687B2C1423.3787B3C3397.4887B4C1428.79110B1C2362.110110B2C2393.411110B3C1386.612110B4C3385.9 注：該正交表中B1、B2、B3、B4為任意選取的四個值，其大小為：B1B2B3B4；C1、C2、C3為任意選取的三個值，其大小為：C1C2C3。 熔覆層硬度值為對12個試樣的修復層各做了兩點的硬度測量，并取其平均值，列于上表。 通過數理分析，確定電壓為最大影響因素，其次為頻率、功率。 本試驗條件下，最優工藝參數為：電壓65V，功率B2，頻率C1。 2試驗結果分析打磨、拋光試樣，再經腐蝕（

5、腐蝕劑：4克五水硫酸銅，20ml水，20ml鹽酸），以備金相觀察。 2.1金相組織分析 2.1.1基體分析 圖1為原試件的組織，圖2為試樣基體的組織形貌，通過比較發現，試樣基體較原試件的組織基本上沒有發生變化，可以清晰地看見樹枝狀晶體組織。 圖1原件基體100圖2試樣基體100 2.1.2過渡層分析 圖3、4為過渡層的組織形貌，可以看出，過渡區的范圍很窄，晶粒細小。分析原因主要是由于基體在電火花修復的過程中，過渡層受熱之后散熱較慢，和基體幾乎同時進入過冷狀態，但因過冷度大，晶體形核較多，晶體長大，形成晶粒細小的等軸晶區。過渡區與基體及電火花熔覆層之間結合良好。 圖3過渡層100圖4過渡層200

6、 2.1.3熔覆層分析 圖5、6是電火花熔覆后的熔覆層組織形貌，觀察發現，大部分試樣均完整，熔覆層與基體結合良好，熔覆層晶粒細小，組織非常致密，在一般光學顯微鏡下無法分辨其組織，熔覆層可分為三個區域：外層是由電極材料及其碳化物、氧化物、氮化物組成的熔覆區；內層為稍暗的擴散區，是電極材料的組成材料熔滲、擴散到基體材料中形成的；再往里是熱影響區，其內部是基體組織。 2.1.4缺陷分析 在對試樣進行電火花修復過程中，少數試樣的熔覆層中出現了裂紋、氣孔等缺陷（如圖7、8）。分析原因主要是：（1）在熔覆的過程中，由于熔覆表面凸凹不平，這樣在一層一層的熔覆后，熔覆層中易形成氣孔。（2）由于基體和熔覆層以及

7、基體本身各部分的冷卻速度不同，導致熔覆層內出現熱應力而形成裂紋。（3）由于電火花工藝參數、熔覆材料、操作過程等引起的。這些缺陷會影響熔覆后的試樣的性能。 圖5熔覆層400圖6熔覆層200 圖7裂紋400圖8氣孔100 2.2顯微硬度分析 選取熔覆效果良好的四個試樣，分別由基體開始到熔覆層進行七次打點測量，測量所得的硬度值如表2所示。論文參考網。 表2硬度值（HV） 試樣號熔覆層過渡層基體1428.7445.8412.6400.7409.2372.3378.32420.9439.7389.7410.6397.4384.4359.23423.6430.6386.1400.7364.9386.137

8、5.24426.9445.8390.9396.8378.3352.3367.7 由以上數據可以看出：從基體到熔覆層，試樣的硬度值總體上呈上升趨勢。論文參考網。基體的硬度值在370HV左右，而靠近熔覆層的基體硬度有所下降，這主要是因為在熔覆過程中，這部分組織相當于進行了快速退火，所以硬度都下降。表面熔覆層的硬度明顯高于基體硬度，這是由于基體和熔覆層為同種材料，在電火花熔覆過程中，熔覆材料熔化凝固而重新合金化，導致晶粒細化，從而使熔覆層的硬度提高。但是，在熔覆過程中，由于基體的導熱能力大于空氣的導熱能力，因此靠近基體的熔覆層散熱比外層的熔覆層快，過冷度內側大于外側，導致內側晶粒細化程度高于外側，所

9、以導致熔覆層外側的硬度有所下降。 3結論（1）修復后的試樣的金相組織得到明顯的改善，組織較修復前均勻，晶粒得到了細化。 （2）修復后的試樣硬度值一般提高3050HV，可以推斷試樣的耐磨性將會得到改善。論文參考網。 （3）本試驗條件下，最優工藝參數為：電壓65V，功率B2，頻率C1，最大影響因素為電壓。 4進一步研究設想可以進行二次正交試驗，從而得到更加優化的工藝參數；可以通過對試樣進行熱疲勞、耐磨性等試驗進一步了解修復后試樣的性能。 電火花修復工藝還存在著缺陷，如熔覆層中存在氣孔、裂紋等。避免缺陷的方法：熔覆層一定要致密，如出現凹凸不平或小孔等應及時銼平。還可以通過對試樣進行預熱、緩冷、改變材料成分等來避免缺陷的產生。消除電火花熔覆過程中的缺陷，是未來研究解決的重要課題，只有克服影響熔覆后性能的缺陷，才能完善修復工藝，進一步提高修復質量。 參考文獻1狄平，朱世根，顧偉生電火花表面強化技術的研究進展J東華大學學報，2022，(2)：110-1132陳鐘燮電火花表面強化工藝北京：機械工業出版社，19873錢苗根，姚壽山，張少宗編著現代表