Álabes de turbinas de gas: preparación de la solidificación direccional

El álabe de turbina es el componente principal del extremo caliente de la turbina de gas, su investigación, desarrollo y fabricación es un reflejo importante de la escala de desarrollo y el nivel técnico de la industria de un país. Se analiza el progreso reciente de la investigación de la tecnología de preparación de álabes de turbina de gas. Con base en la investigación del grupo de investigación, se presenta el progreso de la investigación en el campo de la solidificación direccional de álabes de 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 dirección determinada por medios forzados durante el proceso de solidificación, de modo que la solidificación se lleva a cabo a lo largo de 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 la masa fundida no solidificada, lo que hace que el metal se solidifique en la dirección opuesta a la conducción de calor. Al utilizar la tecnología de solidificación direccional, se pueden obtener columnas o cristales individuales con una orientación específica, y se puede preparar la hoja columnar o de cristal único, y su rendimiento se puede mejorar significativamente.

A fines de la década de 1960, Versnyder et al. aplicaron la tecnología de solidificación direccional a la producción de superaleaciones, que controló mejor la orientación del grano de la estructura de solidificación, eliminó los límites de grano transversales y mejoró en gran medida las propiedades mecánicas de las superaleaciones. La tecnología de solidificación direccional, después de décadas de investigación, desarrolló el método de polvo exotérmico (EP), el método de apagado (PD), el método de solidificación de alta velocidad (PD), las técnicas convencionales como HRS [12] y el enfriamiento de metal líquido (LMC). En la actualidad, el método de solidificación de alta velocidad y el método de enfriamiento de metal líquido se utilizan ampliamente.

El método de solidificación a alta velocidad es un método para hacer que las piezas fundidas se muevan en una dirección gradualmente alejándose de la región de alta temperatura para lograr la solidificación en una sola dirección. Este método mejora el problema de que el gradiente de temperatura disminuye gradualmente en 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 boca ligeramente más grande que la pieza fundida en el deflector. El interior del horno se mantiene caliente. Durante el proceso de solidificación del metal, la carcasa se tira lentamente hacia abajo, de modo que la parte del metal expuesta al exterior comienza a enfriarse y solidificarse, mientras que el metal fundido ubicado en el horno todavía está en un estado calentado, estableciendo así un gradiente de temperatura axial. El método de solidificación de alta velocidad tiene un gradiente de temperatura y una tasa de enfriamiento altos y estables, y puede obtener un cristal columnar largo y una estructura fina, mejorando así en gran medida las propiedades mecánicas de las piezas fundidas, pero el gradiente de temperatura del método aún es insuficiente y los defectos de fundición como pecas e impurezas aún son propensos a ocurrir durante la solidificación direccional de piezas fundidas gruesas y grandes.