Метод на охлаждане с течни метали

За да подобрият температурния градиент при насоченото твърдеене, научниците разработиха метод за охлаждане с течна метална основа, който е базиран на бързия метод за охлаждане. Този метод използва течен метал за охлаждане на отливките, т.е. изтеглените отливки се погруждат в течен метал с висока термична проводимост, високата точка на кипене и ниска точка на топене (Sn е най-разпространеното средство) (вж. фигура 1(b)), за да се увеличи ефекта на охлаждането. Методът за охлаждане с течен метал може да подобри скоростта на охлаждане на отливките и температурния градиент на твърдеещата си интерфейс, до 200 K/см, и да запази стабилен температурен градиент, така че процесът на кристализация да е стабилен, да се намали значително дистанцията между дендритите и вероятността от различни дефекти при твърдеенето. Всъщност, методът за охлаждане с течен метал има някои ограничения, като: оборудването, което изисква методът, е сложно, а практическият му операционен режим не е достатъчно прост; Охлаждащият медиум Sn е шкодлив елемент, и когато отливката е погърната в леснотопливи метали като Sn, течен Sn лесно прониква и замърсява отливката. През последните години хората оптимизираха процеса от гледна точка на подготовкгото приготвяне и подобрени недостатъците на метода за охлаждане с течен метал, който вече е приложен за производството на еднокристални турбинни лопатки за авиационни двигатели и големи еднокристални турбинни лопатки за наземни газови турбини.

Освен това постоянно се разглеждат нови начини за увеличаване на температурния градиент, като например: Технология за насочено затвердяване при газово охлаждане на отливки, технология за насочено затвердяване с електромагнитно ограничаване на формата, сверхрано насочено затвердяване (SDS), лазерно бързо затвердяване (LRM), технология за насочено затвердяване при хладен водородна постеля, двумерна технология за насочено затвердяване (двунаправено затвердяване, BDS), технология за насочено затвердяване при отливки с тънък обвив. Всички тези нови технологии все още не са достатъчно развити и не са приложени в насоченото затвердяване на лопастите на газовите турбини.

Метод за усилване на хладенето чрез спрей на топло метално

За да преодолеем проблемите, като че обливката може да бъде замърсена от течна метална охладителна течност и че лесно се образуват дефекти на обливката при метода на охлаждане с течен метал, нашата група за изследване разви технологията за насочено затвердяване с пръскаво охлаждане на течен метал (LMSC) и разработи индустриални устройства за насочено затвердяване. Конструкцията и целта на печа за насочено затвердяване с LMSC са показани на фигура 2. Технологията LMSC е базирана на технологията LMC, като се променя начинът на директно потопяване на обвивката и обливката в течен метален течност за охлаждане до използването на течен метален течност за пръскаво охлаждане на обвивката и обливката. Технологията има характеристиките на силно дисипиране на топлина, равномерно охлаждане и добро термоизолация между изолационната зона и охлаждащата зона. Технологията LMSC не само запазва предимствата на силното охлаждане на технологията LMC, но също така решава недостатъците на технологията LMC. Благодарение на контролируемия поток на течния метал, комбиниран с регулирането на скоростта на изтегляне, могат да се получат колоновидни кристали или единични кристали с добър строеж и по-малко дистанция между дендритите, което може да намали или дори да избегне образуването на затвердващи дефекти в свръхсплавите. Технологията за насочено затвердяване с LMSC е много важна за развитието и индустриалното производство на свръхсплавите.