Páscales de la turbina de gas: preparación de la solidificación direccional

La pala de turbina es el componente principal del extremo caliente de la turbina de gas, y su investigación y desarrollo, así como su fabricación, son una importante reflexión de la escala de desarrollo y el nivel técnico de la industria de un país. Se revisa el progreso reciente de la tecnología de preparación de las palas de la turbina de gas. Basado en la investigación del grupo de investigación, se introduce el progreso de investigación en el campo de la solidificación direccional de las palas de la turbina de gas y se plantea la dirección de enfoque.

La tecnología de solidificación direccional se refiere a una tecnología que establece un gradiente de temperatura en una cierta dirección mediante medios forzados durante el proceso de solidificación, de modo que la solidificación avance en una dirección determinada. En el proceso de solidificación de un metal, existe un gradiente de temperatura en una dirección específica entre la parte solidificada y el material fundido no solidificado, lo que provoca que el metal se solidifique en la dirección opuesta a la conducción del calor. Al utilizar la tecnología de solidificación direccional, se pueden obtener cristales columnares o de un solo cristal con una orientación específica, y se pueden preparar hojas columnares o de un solo cristal, mejorando significativamente su rendimiento.

A finales de la década de 1960, Versnyder et al. aplicaron la tecnología de solidificación direccional a la producción de superaleaciones, lo que permitió un mejor control de la orientación del grano de la estructura de solidificación, eliminó los límites de grano transversal y mejoró considerablemente las propiedades mecánicas de las superaleaciones. Después de décadas de investigación, se desarrollaron métodos como el método de polvo exotérmico (EP), el método de reducción de potencia (PD), el método de solidificación de alta velocidad (PD), técnicas convencionales como HRS [12] y el enfriamiento con metal líquido (LMC). Actualmente, el método de solidificación de alta velocidad y el método de enfriamiento con metal líquido son ampliamente utilizados.

El método de solidificación a alta velocidad es un método para hacer que las piezas fundidas se muevan gradualmente en una dirección alejándose de la región de alta temperatura para lograr una solidificación en una sola dirección. Este método mejora el problema de que el gradiente de temperatura disminuye gradualmente durante el proceso de solidificación. El principio del método de solidificación a alta velocidad se muestra en la Figura 1(a). Se coloca un deflector adiabático en la parte inferior del horno, y se abre una abertura ligeramente mayor que la pieza fundida en el deflector. El interior del horno se mantiene caliente. Durante el proceso de solidificación del metal, la cáscara se va extrayendo lentamente hacia abajo, de modo que la parte del metal expuesta al exterior comienza a enfriarse y solidificarse, mientras que el metal fundido ubicado dentro del horno sigue en estado calentado, estableciéndose así un gradiente de temperatura axial. El método de solidificación a alta velocidad tiene un gradiente de temperatura alto y estable, así como una tasa de enfriamiento elevada, y puede obtener cristales columnares largos y una estructura fina, mejorando considerablemente las propiedades mecánicas de las piezas fundidas. Sin embargo, el gradiente de temperatura del método sigue siendo insuficiente, y durante la solidificación direccional de piezas fundidas gruesas y grandes, todavía es probable que ocurran defectos de fundición como manchas y impurezas.