Lopatky plynové turbíny: příprava směrového tuhnutí Česká republika

Turbínová lopatka je hlavní komponentou horkého konce plynové turbíny, její výzkum, vývoj a výroba je důležitým odrazem rozsahu vývoje a technické úrovně průmyslu dané země. Je zhodnocen nedávný pokrok ve výzkumu technologie přípravy lopatek plynové turbíny. Na základě výzkumu výzkumné skupiny je představen vývoj výzkumu v oblasti směrového tuhnutí lopatek plynových turbín a navržen směr ohniska.

Technologie směrového tuhnutí se týká technologie, která během procesu tuhnutí vytváří teplotní gradient v určitém směru nucenými prostředky, takže tuhnutí probíhá v určitém směru. V procesu tuhnutí kovu existuje mezi ztuhlou částí a neztuhlou taveninou teplotní gradient v určitém směru, který způsobuje tuhnutí kovu ve směru opačném k vedení tepla. Použitím technologie směrového tuhnutí lze získat sloupcový nebo monokrystal se specifickou orientací a připravit sloupcovou nebo monokrystalickou čepel a výrazně zlepšit její výkon.

Koncem 1960. let Versnyder a spol. aplikovala na výrobu superslitin technologii směrového tuhnutí, která lépe řídila orientaci zrn struktury tuhnutí, eliminovala příčné hranice zrn a výrazně zlepšila mechanické vlastnosti superslitin. Technologie směrového tuhnutí po desetiletích výzkumu, vyvinutá metoda exotermického prášku (EP), metoda power down (PD), metoda vysokorychlostního tuhnutí (PD), konvenční techniky jako HRS [12] a chlazení tekutým kovem (LMC). V současné době je široce používána metoda vysokorychlostního tuhnutí a metoda chlazení tekutým kovem.

Metoda vysokorychlostního tuhnutí je metoda, při které se odlitky postupně pohybují v jednom směru z oblasti vysoké teploty, aby se dosáhlo jednosměrného tuhnutí. Tato metoda řeší problém, že teplotní gradient v procesu tuhnutí postupně klesá. Princip metody vysokorychlostního tuhnutí je znázorněn na obrázku 1(a). Na dně pece je umístěna adiabatická přepážka a na přepážce je otevřeno ústí o něco větší než odlitek. Vnitřek pece je udržován vytápěný. Během procesu tuhnutí kovu se plášť pomalu stahuje dolů, takže část kovu vystavená vnějšku začne chladnout a tuhnout, zatímco tavenina kovu umístěná v peci je stále v zahřátém stavu, čímž se vytvoří axiální teplotní gradient. Vysokorychlostní metoda tuhnutí má vysoký a stabilní teplotní gradient a rychlost ochlazování a může získat dlouhý sloupcový krystal a jemnou strukturu, čímž výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti odlitků, ale teplotní gradient metody je stále nedostatečný a vady odlitku, jako jsou pihy a nečistoty, jsou stále náchylné ke vzniku během směrového tuhnutí tlustých a velkých odlitků.