Gaasiturbiini labad: suunatud tahkumise ettevalmistamine

Turbiini laba on gaasiturbiini kuuma otsa põhikomponent, selle uurimis- ja arendustegevus ning tootmine peegeldab olulisel määral riigi tööstuse arengu ulatust ja tehnilist taset. Vaadeldakse gaasiturbiini labade ettevalmistamise tehnoloogia hiljutisi edusamme. Uurimisrühma uurimistööle tuginedes tutvustatakse uurimistöö edenemist gaasiturbiini labade suunatud tahkumise alal ning esitatakse fookussuund.

Suunatud tahkumise tehnoloogia viitab tehnoloogiale, mis kehtestab tahkumise käigus sunniviisiliselt temperatuurigradiendi kindlas suunas, nii et tahkumine toimub teatud suunas. Metalli tahkestumise protsessis tekib tahkunud osa ja tahkumata sulatise vahel kindlasuunaline temperatuurigradient, mis põhjustab metalli tahkumise soojusjuhtivusele vastupidises suunas. Suunatud tahkestamise tehnoloogia abil saab saada kindla orientatsiooniga sammas- või monokristalli ning valmistada kolonn- või monokristalli tera ning selle jõudlust oluliselt parandada.

1960. aastate lõpus leidsid Versnyder et al. rakendas supersulamite tootmisel suunatud tahkumise tehnoloogiat, mis kontrollis paremini tahkumisstruktuuri terade orientatsiooni, kõrvaldas terade ristsuunalised piirid ja parandas oluliselt supersulamite mehaanilisi omadusi. Suunatud tahkestamise tehnoloogia pärast aastakümneid kestnud uurimistööd, välja töötatud eksotermilise pulbri (EP) meetod, väljalülitamise (PD) meetod, suure kiirusega tahkestamise (PD) meetod, tavapärased tehnikad, nagu HRS [12] ja vedelmetalli jahutamine (LMC). Praegu kasutatakse laialdaselt kiiret tahkestamismeetodit ja vedela metalli jahutamise meetodit.

Kiire tahkumismeetod on meetod, mille abil valandid liiguvad ühes suunas järk-järgult kõrge temperatuuriga piirkonnast eemale, et saavutada ühesuunaline tahkumine. See meetod parandab probleemi, et temperatuurigradient väheneb järk-järgult tahkestumise protsessis. Kiire tahkumismeetodi põhimõte on näidatud joonisel 1(a). Ahju põhja asetatakse adiabaatiline deflektor ja deflektoril avatakse valust veidi suurem suu. Ahju sisemust hoitakse köetuna. Metalli tahkumise käigus tõmmatakse kest aeglaselt alla, nii et väljapoole avatud metalli osa hakkab jahtuma ja tahkuma, samal ajal kui ahjus asuv metallisula on veel kuumutatud olekus, luues seeläbi aksiaalne temperatuurigradient. Kiirel tahkestamismeetodil on kõrge ja stabiilne temperatuurigradient ja jahutuskiirus ning see võib saada pika sammaskujulise kristalli ja peene struktuuri, parandades seega oluliselt valandite mehaanilisi omadusi, kuid meetodi temperatuurigradient on endiselt ebapiisav ja valudefektid, nagu tedretähnid ja lisandid, võivad siiski tekkida paksude ja suurte valandite suunatud tahkumisel.