Wie werden Hochdruckturbine-Rotorblätter von Flugzeugmotoren hergestellt?

Das Prinzip, nach dem Hochdruck-Turborotorblätter von Flugzeugmotoren hergestellt werden, ist sehr einfach, aber die verschiedenen Parameter in diesem Prozess erfordern viele Experimente, um die Parameter jedes Knotens, die Zusammensetzung der Hilfsstoffe und viel Glück zu erhalten.

Zuerst benötigen die Hochdruck-Turborotorblätter komplexe interne Kühlkanäle (siehe Abbildung unten). Zunächst werden die internen Kühlkanäle hergestellt (ohne Kühlloch, das wird später besprochen). Anschließend wird das Wachsmodell mit einem speziellen Keramikmaterial gegossen, um die Kühlkanäle zu bilden.

Nachdem Sie diese keramische Luftkanalform haben, fügen Sie sie mit der Klingenaussenform zusammen und legen Sie sie in den Gießofen. Das geschmolzene Superalloy* fließt von oben nach unten in die Formhöhle (einschließlich der keramischen Luftkanalinnenform und der Wachsaussenform). Es ist sehr aufwendig, zwischen jeder Formherstellung unzählige Schichten von Beschichtungen anzubringen. Deutsche Firmen verwenden Roboter dafür, während es scheint, dass Russland noch die Bürsten der Tanten verwendet. Diese Beschichtungen bestimmen direkt die Gießqualität, und der Toleranzwert ist extrem gering.

In diesem Moment wird die Gussmaschine die Temperatur des geschmolzenen Superalloys streng kontrollieren und dann lassen, dass es sich auf einer Horizontal Ebene verfestigt (d.h. das Wachstum der Kristalle), von unten nach oben. Wenn die Kristalle im Spiralverlauf (Kristallselektor) wachsen, stoßen und selektieren sie einander gegenseitig aus, und am Ende bleibt nur ein Kristall, der am nächsten an die vorgegebene Richtung heranreicht, und dieser Kristall wächst weiter nach oben.

Da die Hochdruckwelle mehr als 10.000 Mal rotieren muss, wird jedes Teil einer Zentrifugalkraft von mehr als 10 Tonnen ausgesetzt, und da die Stärke der Nickelkristalle in jede Richtung unterschiedlich ist, muss seine Diagonale (die stärkste Richtung) innerhalb von 10 Grad zur Richtung der Zentrifugalkraft liegen. (Noch etwas zu ergänzen: Das in der Niederdruckturbine使用的 einwegige nickelbasierte Legierung erfordert zwar die Kristallrichtung, aber nicht nur ein Kristall, da der Schmelzpunkt eines Einkristalls um 50K höher liegt als bei Polykristallen (einschließlich einwegiger Kristalle)).

Der Ausbeuterate ist nicht hoch. Soweit ich weiß, haben viele exzellente Feingießereien in Deutschland diesen Prozess herausgefordert und schließlich den Konkurs angegangen. Die Schwelle ist wirklich zu hoch.

Schließlich wird das fertige Produkt erhalten und ein spezielles Alkalien wird verwendet, um die keramische Luftwegform, die sich im Luftweg zur Erzeugung von Kühlöffnungen befindet, aufzulösen. Es gibt elektrisch aufgelöste Öffnungen und elektrochemische Öffnungen. Die gebräuchlichsten Öffnungen werden mit Laser hergestellt. Die Form der Öffnungen ist ebenfalls sehr kompliziert. Danach erfolgt eine Galvanisierungsschicht, was ebenfalls ein umfangreiches Wissen darstellt.

Das Bild unten zeigt links polycrystallin, in der Mitte unidirektionales Kristall und rechts ein Einkristall.

Trotzdem haben die Klingen nach dem Gießen keine Luftlöcher, die den inneren Kühl-Luftkanal und die Klingeoberfläche verbinden. Dies wird normalerweise mit einem Laser durchgeführt. Da die Kühl-Luft viel Druck verliert, wenn sie aus dem Hochdruckverdichter abgeleitet wird und vom hohlen Wellen zur Hochdruck-Turbine fließt, verliert auch der Kernluftstrom Druck, während er durch die Verbrennung geht. Der Prozess von der Welle zur Klinge hat einen gewissen Zentrifugalkompressions- und Drucksteigerungs-Effekt, es wird jedoch ein höherer statischer Druck benötigt, um die Kühl-Luft auf die Klingeoberfläche zu lenken. In diesem Fall ist ein Loch mit erweiterter Querschnittsfläche erforderlich, um die Kühl-Luft zu behandeln, den dynamischen Druck zu reduzieren und den statischen Druck zu erhöhen, bevor die Kühl-Luft den heißen Kernluftstrom von der Klingeoberfläche fernhält (viel Unsinn).ßerdem würde eine zu hohe Geschwindigkeit dazu führen, dass die Kühlung direkt in den Kernluftstrom injiziert wird. Sie hat eine weitere Aufgabe: eine Schicht aus Kühl-Luftfilm auf der Klingeoberfläche zu bilden, um die Klinge zu schützen, was eine Reduzierung der Geschwindigkeit und einen Druckanstieg erfordert.

Daher muss diese Art von Loch die geometrische Form für verschiedene Positionen optimieren. Laserbohren kann leicht automatisiert werden, aber der Nachteil ist, dass es zu innerem Oberflächenstress kommen wird.

Der Schwanzzylinder des Turbinenstators (einrichtungsspezifisch, einseitiger Kristall) muss mit Kühllöchern für den Wachstumsstrom versehen werden, um den nachfolgenden Turbinenrotor zu bedienen. Dieses Loch ist äußerst schlank und kann keinen inneren Spannungen standhalten, daher wird es mittels elektrochemischer Korrosion hergestellt. Natürlich sind dies keine absoluten Regeln, und verschiedene Unternehmen haben unterschiedliche Bearbeitungsverfahren.

Nachdem dies abgeschlossen ist, wurde eine einzige Kristallturboschaufel erhalten, aber sie wurde noch nicht beschichtet. Moderne Turboschaufeln benötigen eine Schicht aus Zirkonia-Wärmeisolierungsbeschichtung, einem Zirkonioxid-Keramikmaterial. Da es sich um eine Keramik handelt, ist sie bis zu einem gewissen Grad spröde. Wenn die Turbine arbeitet, kann bei einer leichten Deformation das gesamte Stück abplatzen und die Turboschaufeln würden sofort schmelzen. Dies ist absolut unakzeptabel bei Hangfa.

Dann gibt es den EB-PVD-Prozess (Elektronenstrahl-Physikalische Dampfphasenabscheidung), ein Dampfabscheidungsverfahren.

Natürlich gibt es vor der Herstellung viele Schichten anderer Materialien, wie zum Beispiel Platinüberzug (Platin), Plasma-Spray-Beschichtung usw. Es gibt auch eine Schicht, die das Zirkonia verstärkt und wie Kleber anbringt. Natürlich gibt es zwischen den einzelnen Firmen leichte Unterschiede, und sie sind nicht statisch.

Zuerst emittiert die Elektronenkanone einen Elektronenstrahl, der durch das Magnetfeld gelenkt wird und auf den Zirkonia-Substrat trifft. Der von den Elektronen beschossene Substrat geht in den gasförmigen Zustand über, und der gasförmige Zirkonia wird zum Blattoberfläche geleitet, um zu beginnen zu wachsen. Zirkonia wird zu kleinen Stäben mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer und einer Länge von 50 Mikrometern wachsen, dicht bedeckend die Oberfläche der Blätter ohne die Poren zu überziehen. Da es nicht ein Stück Keramik ist, können die kleinen Stäbe sich relativ zueinander leicht bewegen, ohne dass das gesamte Stück abblättert, was das Problem von Versagen aufgrund von Deformation löst.

Zirkonia hat eine extrem hohe Härte und eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit, wodurch ein sehr steiler Temperaturgradient zwischen dem Nickeldämpfer und dem heißen Kernluftstrom erreicht werden kann. Mit internem Kühlungssystem und Luftfilmkühlung kann die Klinge lange Zeit in einer Umgebung arbeiten, die viel höher ist als ihre eigene Schmelztemperatur, dabei bleibt sie stark und zuverlässig.

An dieser Stelle ist die Klingenoberfläche fertiggestellt. Um in das Turbinenrad zu passen, benötigt die Klinge auch einen keilförmigen oder Tastenbauart-Blattfuß.

Wie oben erwähnt, trägt jede Turbinenklinge bei der Arbeit mehr als zehn Tonnen Zentrifugalkraft, und der Blattfuß muss ebenfalls sehr fein verarbeitet werden. Nickelbasis-Superlegierungen sind sehr hart, hitzebeständig und äußerst schwer zu bearbeiten.

Der Blattfuß wird geschliffen. Die Klinge wird von einer speziellen Halterung fixiert, und obere und untere Schleifscheiben mit gegensätzlicher Geometrie (Weiblichkeitsform) schleifen nach innen.

Dies wird dazu führen, dass das Schleifrad schnell versagt, daher wird ein positives Diamantschleifrad außen an die beiden Schleifenräder angebracht, um das Schleifrad kontinuierlich zu schleifen und es arbeitsfähig zu halten. Die Industriediamanten auf dem Diamantschleifrad werden von Robotern aufgeklebt.

Nach diesen Prozessen und der Prüfung ist die Klinge bereit zum Einsatz. Sie ist nur ein Teil eines Flugzeugmotors, und ein Flugzeugmotor ist nur ein Modul in einem Flugzeug.