Metoda chlazení tekutým kovem

Pro další zlepšení teplotního gradientu při směrovém tuhnutí vytvořili výzkumníci metodu chlazení kapalným kovem, která je založena na rychlém chlazení. Tato metoda používá kapalný kov pro chlazení odlitků, což znamená, že vyextrahované odlitky jsou imerzovány do kapalného kovu s vysokou tepelnou vodivostí, vysokým varovým bodem a nízkým teplotním bodem (v hlavním proudu se používá Sn) (viz obrázek 1(b)), aby byl zvýšen chladicí účinek. Metoda chlazení kapalným kovem může zvýšit rychlost ochlazování odlitků a teplotní gradient na hranici pevná-kapalná fáze až na 200 K/cm, a může udržet stabilní teplotní gradient, takže proces krystalizace je stabilní, čímž lze významně snížit mezidendritické rozestupy a pravděpodobnost různých defektů při tuhnutí. Nicméně má metoda chlazení kapalným kovem i určité omezení, jako jsou: komplexní vybavení nutné pro tuto metodu a není dostatečně jednoduchá v praktické operaci; Chladicí prostředek Sn je škodlivým prvkem a při imerzi odlitku do nízkostruného kovu, jako je Sn, je kapalný Sn snadno pronikavý a může kontaminovat odlitek. V posledních letech lidé optimalizovali tento proces z hlediska přípravy slupky a vylepšili nedostatky procesu chlazení kapalným kovem, který již byl aplikován na výrobu jednkristalových turbínových listů pro letadlové motory a velkých jednkristalových turbínových listů pro plynové motory na zemi.

Navíc se neustále zkoumají nové způsoby zvyšování teplotního gradientu, jako jsou: Technologie plynově chlazeného smerového tuhnutí, technologie elektromagnetického omezeného tvarového smerového tuhnutí, technologie přeochlazování a smerového tuhnutí (SDS), laserové rychlé tuhnutí (LRM), technologie smerového tuhnutí pomocí fluidizované postele, dvoudimenzionální technologie smerového tuhnutí (dvousměrné tuhnutí, BDS) a technologie smerového tuhnutí tenkého pláště. Nicméně tyto nové technologie jsou stále nedozrálé a nebyly aplikovány ve smerovém tuhnutí lopatek plynových turbín.

Metoda posilovaného ochlazování sprejem tekutého kovu

Abychom překonali problémy, jako je kontaminace formování kapalným kovovým chladicím prostředkem a snadné vznikání defektů formování pomocí metody kapalného kovového chlazení, naše výzkumná skupina vyvinula technologii směrového tuhnutí s proudícím kapalným kovem (LMSC) a vyvinula průmyslové zařízení pro směrové tuhnutí. Struktura a účel pece pro směrové tuhnutí LMSC jsou znázorněny na obrázku 2. Technologie LMSC postavila na základech technologie LMC tak, že se změnila původní metoda namáčení nádoby a odlitku do kapalného kovu na použití kapalného kovu pro sprškové chlazení nádoby a odlitku. Tato technologie má vlastnosti silného odbourávání tepla, rovnoměrného chlazení a dobré tepelné izolace mezi izolační zónou a chlazební zónou. Technologie LMSC nejen zachovává výhody silného chlazení technologie LMC, ale také řeší nedostatky technologie LMC. Díky regulovatelnému průtoku kapalného kovu, kombinovanému s úpravami rychlosti vytahování, lze získat sloupcovité krystaly nebo jednotlivé krystaly s dobrým uspořádáním a menšími mezidendritními rozestupy, což může snížit nebo dokonce zabránit vzniku tuhnutí defektů v nadhlinách. Technologie směrového tuhnutí LMSC je velmi důležitá pro vývoj a průmyslovou výrobu nadhlin.