شفرات توربينية أحادية البلورة: اختراق تكنولوجي يكسر حدود درجات الحرارة العالية

1 تطوير محركات توربينات الغاز للطيران

مع زيادة متطلبات الأداء للطائرات المستخدمة في النقل والأغراض العسكرية والإنتاجية وغيرها، لم تعد محركات المكبس الأولى قادرة على تلبية احتياجات الطيران عالي السرعة. لذلك، منذ الخمسينيات من القرن العشرين، أصبحت محركات التوربينات الغازية شائعة الاستخدام تدريجيًا.

في عام 1928، أشار السير فرانك ويتل من المملكة المتحدة في أطروحته للتخرج "التطور المستقبلي في تصميم الطائرات" أثناء دراسته في الأكاديمية العسكرية إلى أنه في ظل المعرفة التقنية في ذلك الوقت، فإن التطور المستقبلي لمحركات المروحة لا يمكن أن يتكيف مع احتياجات الارتفاعات العالية أو سرعات الطيران التي تتجاوز 800 كم / ساعة. اقترح أولاً مفهوم ما يسمى الآن بمحرك نفاث (محرك المحرك): يتم توفير الهواء المضغوط لغرفة الاحتراق (الاحتراق) من خلال مكبس تقليدي، ويتم استخدام الغاز عالي الحرارة الناتج مباشرة لدفع الرحلة، والذي يمكن اعتباره محرك مروحة بالإضافة إلى تصميم غرفة الاحتراق. في أبحاث لاحقة، تخلى عن فكرة استخدام مكبس ثقيل وغير فعال واقترح استخدام توربين (توربين) لتوفير الهواء المضغوط لغرفة الاحتراق، وتم الحصول على قوة التوربين من غاز العادم عالي الحرارة. في عام 1930، تقدم ويتل بطلب للحصول على براءة اختراع، وفي عام 1937، طور أول محرك نفاث طرد مركزي في العالم، والذي تم استخدامه رسميًا في طائرة Gloster E.28/39 في عام 1941. ومنذ ذلك الحين، سيطرت محركات التوربينات الغازية على قوة الطيران وهي رمز مهم للمستوى الصناعي العلمي والتكنولوجي للبلاد والقوة الوطنية الشاملة.

يمكن تقسيم محركات الطائرات إلى أربعة أنواع أساسية وفقًا لاستخداماتها وخصائصها البنيوية: محركات نفاثة، ومحركات توربوفان، ومحركات توربينية عمودية، ومحركات توربينية مروحية:

يشار إلى محركات التوربينات الغازية للطيران باسم محركات التوربينات النفاثة، وهي أقدم محركات التوربينات الغازية المستخدمة. من منظور طريقة توليد الدفع، تعد محركات التوربينات النفاثة أبسط المحركات وأكثرها مباشرة. يعتمد المنطق على قوة رد الفعل الناتجة عن الحقن عالي السرعة للدوامة. ومع ذلك، فإن تدفق الهواء عالي السرعة يأخذ الكثير من الحرارة والطاقة الحركية في نفس الوقت، مما يتسبب في فقدان كبير للطاقة.

يقوم محرك التوربوفان بتقسيم الهواء المتدفق إلى المحرك إلى مسارين: القناة الداخلية والقناة الخارجية، مما يزيد من إجمالي تدفق الهواء ويقلل من درجة حرارة العادم وسرعة تدفق الهواء في القناة الداخلية.

لا تولد محركات العمود التوربيني والمروحة التوربينية الدفع عن طريق حقن تدفق الهواء، وبالتالي يتم تقليل درجة حرارة العادم والسرعة بشكل كبير، وتكون الكفاءة الحرارية عالية نسبيًا، ومعدل استهلاك وقود المحرك منخفض، وهو مناسب للطائرات طويلة المدى. لا تتغير سرعة المروحة بشكل عام، ويتم الحصول على دفعات مختلفة عن طريق ضبط زاوية الشفرة.

محرك المروحة هو محرك بين محركات المروحة التوربينية والمحركات التوربينية المروحية. ويمكن تقسيمه إلى محركات المروحة ذات أغطية المروحة المقننة ومحركات المروحة المقننة بدون أغطية المروحة المقننة. محرك المروحة هو المحرك الجديد الأكثر تنافسية في توفير الطاقة والمناسب للطيران دون سرعة الصوت.

لقد مرت محركات الطيران المدني بأكثر من نصف قرن من التطوير. تطور هيكل المحرك من محرك التوربينات الطاردة المركزية المبكر إلى محرك التدفق المحوري أحادي الدوار، ومن محرك نفاث توربيني ثنائي الدوار إلى محرك توربوفان منخفض نسبة الالتفافية، ثم إلى محرك توربوفان عالي نسبة الالتفافية. تم تحسين الهيكل باستمرار مع السعي لتحقيق الكفاءة والموثوقية. كانت درجة حرارة مدخل التوربين 1200-1300 كلفن فقط في الجيل الأول من محركات التوربينات النفاثة في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي. زادت بنحو 1940 كلفن مع كل ترقية للطائرة. بحلول الثمانينيات، وصلت درجة حرارة مدخل التوربينات للجيل الرابع من الطائرات المقاتلة المتقدمة إلى 1950-200 كلفن [1980].

مبدأ ضاغط الهواء الطرد المركزي هو أن الدافع يدفع الغاز للدوران بسرعة عالية، بحيث يولد الغاز قوة طرد مركزي. بسبب تدفق ضغط التمدد للغاز في الدافع، يزداد معدل تدفق الغاز وضغطه بعد المرور عبر الدافع، ويتم إنتاج الهواء المضغوط باستمرار. له بعد محوري قصير ونسبة ضغط عالية في مرحلة واحدة. ضاغط الهواء المحوري هو ضاغط يتدفق فيه تدفق الهواء بشكل أساسي بالتوازي مع محور الدافع الدوار. يتكون ضاغط التدفق المحوري من مراحل متعددة، تحتوي كل مرحلة على صف من شفرات الدوار وصف لاحق من شفرات الجزء الثابت. الدوار هو الشفرات العاملة والعجلة، والجزء الثابت هو الدليل. يتم تسريع الهواء أولاً بواسطة شفرات الدوار، ثم يتباطأ ويضغط في قناة شفرة الجزء الثابت، ويتكرر ذلك في الشفرات متعددة المراحل حتى تصل نسبة الضغط الكلية إلى المستوى المطلوب. يتمتع ضاغط التدفق المحوري بقطر صغير، مما يجعله مناسبًا للاستخدام المترادف متعدد المراحل للحصول على نسبة ضغط أعلى.  

تستخدم محركات التوربينات المروحية عادةً نسبة التجاوز، ونسبة ضغط المحرك، ودرجة حرارة مدخل التوربين، ونسبة ضغط المروحة كمعلمات تصميم:

نسبة الالتفافية (BPR): هي نسبة كتلة الغاز المتدفق عبر قنوات المخرج إلى كتلة الغاز المتدفق عبر القنوات الداخلية في المحرك. وعادة ما يطلق على الدوار الموجود في مقدمة المحرك التوربيني النفاث اسم ضاغط الضغط المنخفض، وعادة ما يطلق على الدوار الموجود في مقدمة المحرك التوربيني المروحي اسم المروحة. ويمر الغاز المضغوط الذي يمر عبر ضاغط الضغط المنخفض عبر جميع أجزاء المحرك التوربيني النفاث؛ وينقسم الغاز الذي يمر عبر المروحة إلى قنوات داخلية وخارجية. ومنذ ظهور محركات التوربيني المروحي، كانت نسبة الالتفافية في ازدياد، وهذا الاتجاه واضح بشكل خاص في محركات التوربيني المروحي المدنية.

نسبة ضغط المحرك (EPR): نسبة الضغط الإجمالي عند مخرج الفوهة إلى الضغط الإجمالي عند مدخل الضاغط.

درجة حرارة مدخل التوربين: درجة حرارة عادم غرفة الاحتراق عندما يدخل التوربين.

نسبة ضغط المروحة: تُعرف أيضًا باسم نسبة الضغط، وهي نسبة ضغط الغاز عند مخرج الضاغط إلى ضغط الغاز عند المدخل.

كفاءتان:

الكفاءة الحرارية: مقياس لمدى كفاءة المحرك في تحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن الاحتراق إلى طاقة ميكانيكية.

كفاءة الدفع: مقياس لنسبة الطاقة الميكانيكية التي يولدها المحرك والتي تستخدم لدفع الطائرة.

2 تطوير ريشة التوربين

التطور التكراري

إذا أخذنا محرك توربوفان كمثال، فإن قيمة الشفرات تمثل ما يصل إلى 35٪، وهي عنصر أساسي في تصنيع محركات الطائرات. يوجد في المحرك من 3,000 إلى 4,000 شفرة طيران، والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات: شفرات المروحة، وشفرات الضاغط، وشفرات التوربينات. قيمة شفرات التوربينات هي الأعلى، حيث تصل إلى 63٪. في الوقت نفسه، فهي أيضًا الشفرات ذات أعلى صعوبة في التصنيع وتكلفة التصنيع في محركات التوربوفان [2].    

في سبعينيات القرن العشرين، كانت الولايات المتحدة أول من استخدم شفرات التصلب الاتجاهي PWA1970 في محركات الطائرات العسكرية والمدنية.

بعد ثمانينيات القرن العشرين، زادت نسبة الدفع إلى الوزن لمحرك الجيل الثالث إلى أكثر من 1980، وبدأت شفرات التوربينات في استخدام الجيل الأول من SX وPWA8 وRenéN1480 وCMSX-4 وDD2 الصينية. تبلغ قدرتها على تحمل درجة الحرارة 3 كلفن أعلى من أفضل سبيكة صب عالية الحرارة PWA80 المصبوبة بالتصلب الاتجاهي. المزايا. مقترنة بتقنية القناة المجوفة أحادية التبريد بالفيلم، تصل درجة حرارة تشغيل شفرات التوربينات إلى 1422-1600 كلفن. .

يستخدم محرك توربوفان الجيل الرابع الجيل الثاني من SXPWA1484 وRenéN5 وCMSX-4 وDD6. من خلال إضافة عناصر Re وتقنية تبريد الهواء عالي الضغط متعدد القنوات، تصل درجة حرارة تشغيل شفرات التوربين إلى 1800K-2000K. عند 2000K و100h تصل قوة التحمل إلى 140 ميجا باسكال.

يتضمن الجيل الثالث من SX الذي تم تطويره بعد التسعينيات RenéN1990 وCMRX-6 وDD10، والتي تتمتع بمزايا واضحة جدًا في مقاومة الزحف مقارنة بالجيل الثاني من SX. تحت حماية قنوات التبريد المعقدة وطلاءات الحاجز الحراري، تصل درجة حرارة مدخل التوربين التي يمكنها تحملها إلى 9 كلفن. يصل سبيكة المركب المعدني المستخدمة في الشفرات إلى 3000 كلفن، وتصل قوة التحمل لمدة 2200 ساعة إلى 100 ميجا باسكال.

يتم حاليًا تطوير الجيل الرابع من SX المتمثل في MC-NG [4] وTMS-138 وما إلى ذلك، والجيل الخامس من SX المتمثل في TMS-162 وما إلى ذلك. يتميز تركيبه بإضافة عناصر أرضية نادرة جديدة مثل Ru وPt، مما يحسن بشكل كبير أداء الزحف في درجات الحرارة العالية لـ SX. وصلت درجة حرارة تشغيل سبيكة الجيل الخامس عالية الحرارة إلى 1150 درجة مئوية، وهي قريبة من درجة حرارة التشغيل الحدية النظرية 1226 درجة مئوية.

3 تطوير سبائك فائقة أحادية البلورة تعتمد على النيكل

3.1 خصائص التركيب وتركيب الطور للسبائك الفائقة أحادية البلورة القائمة على النيكل

وفقًا لنوع عناصر المصفوفة، يمكن تقسيم السبائك عالية الحرارة إلى سبائك تعتمد على الحديد، وسبائك تعتمد على النيكل، وسبائك تعتمد على الكوبالت، وتقسيمها إلى هياكل كبيرة للصب والتشكيل والمساحيق المعدنية. تتمتع السبائك القائمة على النيكل بأداء أفضل في درجات الحرارة العالية مقارنة بالنوعين الآخرين من السبائك عالية الحرارة ويمكنها العمل لفترة طويلة في بيئات قاسية عالية الحرارة.

تحتوي السبائك عالية الحرارة القائمة على النيكل على 50٪ على الأقل من النيكل. يجعلها هيكل FCC الخاص بها متوافقة للغاية مع بعض عناصر السبائك. غالبًا ما يتجاوز عدد عناصر السبائك المضافة أثناء عملية التصميم 10. يتم تصنيف العناصر المشتركة للسبائك المضافة على النحو التالي: (1) Ni و Co و Fe و Cr و Ru و Re و Mo و W هي عناصر من الدرجة الأولى، والتي تعمل كعناصر تثبيت للأوستنيت؛ (2) Al و Ti و Ta و Nb لها أقطار ذرية أكبر، مما يعزز تكوين مراحل التقوية مثل المركب Ni3 (Al و Ti و Ta و Nb)، وهي عناصر من الدرجة الثانية؛ (3) B و C و Zr هي عناصر من الدرجة الثالثة. حجمها الذري أصغر بكثير من حجم ذرات النيكل، ويمكن فصلها بسهولة إلى حدود حبيبات الطور γ، وتلعب دورًا في تقوية حدود الحبيبات [14].

تتكون مراحل سبائك النيكل ذات البلورة المفردة ذات درجات الحرارة العالية بشكل أساسي من: طور γ، طور γ'، طور الكربيد، والطور المضغوط الطوبولوجي (طور TCP).

طور γ: طور γ هو طور أوستينيتي ذو بنية بلورية FCC، وهو عبارة عن محلول صلب يتكون من عناصر مثل Cr وMo وCo وW وRe مذابة في النيكل.

طور γ': طور γ' هو مركب بين معدني Ni3(Al, Ti) من FCC، والذي يتكون كمرحلة ترسب ويحافظ على تماسك وعدم تطابق معين مع مرحلة المصفوفة، وهو غني بـ Al و Ti و Ta وعناصر أخرى.

مرحلة الكربيد: بدءًا من الجيل الثاني من SX القائم على النيكل، تتم إضافة كمية صغيرة من C، مما يؤدي إلى ظهور الكربيدات. يتم توزيع كمية صغيرة من الكربيدات في المصفوفة، مما يحسن أداء السبائك في درجات الحرارة العالية إلى حد ما. يتم تقسيمها عمومًا إلى ثلاثة أنواع: MC وM23C6 وM6C.

طور TCP: في حالة شيخوخة الخدمة، تعمل العناصر الحرارية الزائدة مثل الكروم والموليبدينوم والفوسفور والريديوم على تعزيز ترسب طور TCP. يتكون TCP عادة على شكل صفيحة. يؤثر هيكل الصفيحة سلبًا على خصائص اللدونة والزحف والتعب. يعد طور TCP أحد مصادر التشقق للكسر الزحف.

آلية التعزيز

تأتي قوة السبائك الفائقة القائمة على النيكل من اقتران آليات التصلب المتعددة، بما في ذلك تقوية المحلول الصلب، وتعزيز الترسيب، والمعالجة الحرارية لزيادة كثافة الخلع وتطوير البنية التحتية للخلع لتوفير التعزيز.

تهدف عملية تصلب المحلول الصلب إلى تحسين القوة الأساسية عن طريق إضافة عناصر قابلة للذوبان مختلفة، بما في ذلك Cr، وW، وCo، وMo، وRe، وRu.

تؤدي اختلافات أقطار الذرات إلى درجة معينة من تشوه الشبكة الذرية، مما يمنع حركة الخلع. تزداد قوة المحلول الصلب مع زيادة اختلاف الحجم الذري.

كما أن تقوية المحلول الصلب لها تأثير في تقليل طاقة خطأ التكديس (SFE)، مما يمنع بشكل أساسي الانزلاق العرضي الخلع، وهو الوضع الرئيسي لتشوه البلورات غير المثالية في درجات الحرارة العالية.

تعتبر التجمعات الذرية أو البنى الدقيقة قصيرة المدى آلية أخرى تساعد في الحصول على التعزيز من خلال المحلول الصلب. تنفصل ذرات Re في SX في منطقة الإجهاد الشد لقلب الخلع عند واجهة γ/γ'، لتشكل "غلاف كوتريل"، والذي يمنع بشكل فعال حركة الخلع وانتشار الشقوق. (تتركز ذرات المذاب في منطقة الإجهاد الشد لخلع الحافة، مما يقلل من تشوه الشبكة، ويشكل بنية غاز كوريوليس، وينتج تأثير تقوية قوي للمحلول الصلب. يزداد التأثير مع زيادة تركيز ذرة المذاب وزيادة فرق الحجم)

تعمل Re وW وMo وRu وCr وCo على تقوية الطور γ بشكل فعال. يلعب تقوية المحلول الصلب لمصفوفة γ دورًا مهمًا للغاية في قوة الزحف للسبائك عالية الحرارة القائمة على النيكل.

يتأثر تأثير التصلب بالترسيب بكسر الحجم وحجم الطور γ'. الغرض من تحسين تركيبة السبائك عالية الحرارة هو بشكل أساسي زيادة الكسر الحجمي للطور γ' وتحسين الخصائص الميكانيكية. يمكن أن تحتوي سبائك SX عالية الحرارة على 65٪ -75٪ من الطور γ'، مما يؤدي إلى قوة زحف جيدة. يمثل هذا الحد الأقصى المفيد لتأثير تقوية واجهة γ/γ'، وستؤدي الزيادة الإضافية إلى انخفاض كبير في القوة. تتأثر قوة زحف السبائك عالية الحرارة ذات الكسر الحجمي العالي للطور γ' بحجم جسيمات الطور γ'. عندما يكون حجم الطور γ' صغيرًا، تميل الخلع إلى التسلق حوله، مما يؤدي إلى انخفاض في قوة الزحف. عندما تُجبر الخلع على قطع الطور γ'، تصل قوة الزحف إلى أقصى حد لها. مع زيادة حجم جسيمات الطور γ'، تميل الخلع إلى الانحناء بينها، مما يؤدي إلى انخفاض في قوة الزحف [14].

هناك ثلاث آليات رئيسية لتعزيز هطول الأمطار:

تقوية عدم تطابق الشبكة: يتم تشتيت الطور γ' وترسيبه في مصفوفة الطور γ بطريقة متماسكة. كلاهما عبارة عن هياكل FCC. يعكس عدم تطابق الشبكة حالة الاستقرار والإجهاد للواجهة المتماسكة بين الطورين. أفضل حالة هي أن المصفوفة والطور المترسب لهما نفس البنية البلورية ومعلمات الشبكة من نفس الهندسة، بحيث يمكن ملء المزيد من المراحل المترسبة في الطور γ. يتراوح نطاق عدم التطابق للسبائك عالية الحرارة القائمة على النيكل من 0 ~ ± 1٪. من الواضح أن Re و Ru منفصلان عن الطور γ. تؤدي زيادة Re و Ru إلى زيادة عدم تطابق الشبكة.

تعزيز النظام: سيؤدي قطع الخلع إلى حدوث اضطراب بين المصفوفة والمرحلة المترسبة، مما يتطلب المزيد من الطاقة

آلية تجاوز الخلع: تسمى آلية أوروان (انحناء أوروان)، وهي آلية تقوية حيث تمنع المرحلة المترسبة في مصفوفة المعدن الخلع المتحرك من الاستمرار في الحركة. المبدأ الأساسي: عندما يواجه الخلع المتحرك جسيمًا، لا يمكنه المرور، مما يؤدي إلى سلوك التجاوز، ونمو خط الخلع، وزيادة القوة الدافعة المطلوبة، مما يؤدي إلى تأثير التعزيز.

3.3 تطوير طرق صب السبائك عالية الحرارة

يمكن إرجاع أقدم سبيكة مستخدمة في بيئات ذات درجات حرارة عالية إلى اختراع نيكروم في عام 1906. أدى ظهور ضواغط التوربينات ومحركات التوربينات الغازية إلى تحفيز التطور الكبير للسبائك ذات درجات الحرارة العالية. تم إنتاج شفرات الجيل الأول من محركات التوربينات الغازية عن طريق البثق والتزوير، والتي كانت لها بوضوح قيود العصر. في الوقت الحاضر، تُصنع شفرات التوربينات ذات درجات الحرارة العالية من السبائك في الغالب عن طريق الصب الاستثماري، وتحديدًا التصلب الاتجاهي (DS). تم اختراع طريقة DS لأول مرة من قبل فريق Versnyder من Pratt & Whitney في الولايات المتحدة في سبعينيات القرن العشرين [1970]. في عقود التطوير، تغيرت المادة المفضلة لشفرات التوربينات من بلورات متساوية المحاور إلى بلورات عمودية، ثم تم تحسينها إلى مواد سبائكية أحادية البلورة عالية الحرارة.

تُستخدم تقنية DS لإنتاج مكونات سبيكة SX ذات قلب عمودي، مما يحسن بشكل كبير من قابلية اللدائن ومقاومة الصدمات الحرارية للسبائك عالية الحرارة. تضمن تقنية DS أن البلورات العمودية المنتجة لها اتجاه [001]، وهو موازٍ لمحور الإجهاد الرئيسي للقطعة، بدلاً من اتجاه البلورة العشوائي. من حيث المبدأ، تحتاج تقنية DS إلى ضمان أن تصلب المعدن المنصهر في الصب يتم مع وجود المعدن المغذي بالسائل دائمًا في حالة تصلب للتو.

يجب أن يفي صب البلورات العمودية بشرطين: (1) يضمن تدفق الحرارة في اتجاه واحد أن تتحرك الواجهة الصلبة والسائلة عند نقطة نمو الحبوب في اتجاه واحد؛ (2) يجب ألا يكون هناك نواة أمام اتجاه حركة الواجهة الصلبة والسائلة.

نظرًا لأن كسر الشفرة يحدث عادةً في البنية الضعيفة عالية الحرارة لحدود الحبوب، فمن أجل القضاء على حدود الحبوب، يتم استخدام قالب تصلب بهيكل "محدد الحبوب" أثناء عملية التصلب الاتجاهي. يكون حجم المقطع العرضي لهذا الهيكل قريبًا من حجم الحبوب، بحيث تدخل حبة واحدة فقط نمت بشكل مثالي إلى تجويف قالب الصب، ثم تستمر في النمو في شكل بلورة واحدة حتى تتكون الشفرة بالكامل من حبة واحدة فقط.

يمكن تقسيم محدد البلورة إلى قسمين: كتلة البداية واللولب:

في بداية عملية DS، تبدأ الحبوب في التبلور في أسفل كتلة البداية. في المرحلة المبكرة من نمو الحبوب، يكون العدد كبيرًا والحجم صغيرًا واختلاف الاتجاه كبير. يهيمن سلوك النمو التنافسي بين الحبوب، ويكون تأثير الحجب الهندسي للجدار الجانبي ضعيفًا. في هذا الوقت، يكون تأثير تحسين الاتجاه واضحًا؛ عندما يزداد ارتفاع الحبوب في كتلة البداية، ينخفض ​​عدد الحبوب ويزداد الحجم ويكون الاتجاه قريبًا. ينخفض ​​سلوك النمو التنافسي بين الحبوب، ويهيمن تأثير الحجب الهندسي للجدار الجانبي، مما يضمن إمكانية تحسين اتجاه البلورة باستمرار، ولكن يضعف تأثير تحسين الاتجاه. من خلال تقليل نصف قطر كتلة البداية وزيادة ارتفاع كتلة البداية، يمكن تحسين اتجاه الحبوب التي تدخل القسم الحلزوني بشكل فعال. ومع ذلك، فإن زيادة طول كتلة البداية ستقصر مساحة النمو الفعالة للصب، وتمنحك دورة إنتاج وتكلفة تحضير. ولذلك، فمن الضروري تصميم البنية الهندسية للركيزة بشكل معقول.

الوظيفة الرئيسية لللولب هي اختيار البلورات المفردة بكفاءة، والقدرة على تحسين اتجاه الحبوب ضعيفة. عندما يتم تنفيذ عملية DS في لولب، توفر القناة المنحنية مساحة لنمو فرع الشجيرات، وتتقدم الشجيرات الثانوية للحبوب في اتجاه خط السائل. تتمتع الحبوب باتجاه تطور جانبي قوي، ويكون اتجاه الحبوب في حالة متقلبة، مع تأثير تحسين ضعيف. لذلك، يعتمد اختيار الحبوب في اللولب بشكل أساسي على ميزة التقييد الهندسي وميزة النمو التنافسي وميزة التوسع المكاني للحبوب في الجزء الحلزوني [7]، بدلاً من ميزة نمو الاتجاه المفضل للحبوب، والذي يتميز بعشوائية قوية [6]. لذلك، فإن السبب الرئيسي لفشل اختيار البلورة هو أن اللولب لا يلعب دور اختيار البلورة المفردة. من خلال زيادة القطر الخارجي للولب، وتقليل درجة الميل، وقطر سطح اللولب، وتقليل زاوية البداية، يمكن تحسين تأثير اختيار البلورة بشكل كبير.

تتطلب عملية تحضير شفرات التوربينات المجوفة أحادية البلورة أكثر من اثنتي عشرة خطوة (صهر السبائك الرئيسية، وتحضير غلاف الغشاء البلوري أحادي البلورة، وتحضير قلب السيراميك المعقد التكوين، والصب بالصهر، والتصلب الاتجاهي، والمعالجة الحرارية، والمعالجة السطحية، وتحضير طلاء الحاجز الحراري، وما إلى ذلك). وتكون العملية المعقدة عرضة للعديد من العيوب، مثل الحبوب الضالة، والنمش، وحدود الحبوب ذات الزاوية الصغيرة، والبلورات المتقطعة، وانحراف الاتجاه، وإعادة التبلور، وحدود الحبوب ذات الزاوية الكبيرة، وفشل اختيار البلورة.