Pales de turbine à gaz : préparation par solidification directionnelle

La pale de turbine est le composant principal de l'extrémité chaude de la turbine à gaz, et son développement et sa fabrication reflètent de manière importante l'échelle de développement et le niveau technique de l'industrie d'un pays. Les progrès récents dans la technologie de fabrication des pales de turbines à gaz sont passés en revue. Sur la base des recherches du groupe de recherche, les progrès dans le domaine de la solidification directionnelle des pales de turbines à gaz sont introduits, et la direction de concentration est proposée.

La technologie de solidification directionnelle fait référence à une technologie qui établit un gradient de température dans une certaine direction par des moyens forcés pendant le processus de solidification, de manière que la solidification se déroule selon une certaine direction. Pendant le processus de solidification d'un métal, il existe un gradient de température dans une direction spécifique entre la partie solidifiée et le mélange non solidifié, ce qui entraîne la solidification du métal dans la direction opposée à la conduction de chaleur. En utilisant la technologie de solidification directionnelle, on peut obtenir des colonnes ou des monocristaux avec une orientation spécifique, et préparer des lames en colonnes ou monocristallines, améliorant ainsi considérablement leurs performances.

Dans la fin des années 1960, Versnyder et al. ont appliqué la technologie de solidification directionnelle à la production de superalliages, ce qui a permis un meilleur contrôle de l'orientation des grains de la structure de solidification, éliminant les joints de grains transversaux et améliorant considérablement les propriétés mécaniques des superalliages. Après des décennies de recherche, la technologie de solidification directionnelle a développé la méthode en poudre exothermique (EP), la méthode de réduction de puissance (PD), la méthode de solidification à haut débit (HRS) et des techniques conventionnelles telles que le refroidissement par métal liquide (LMC). Actuellement, la méthode de solidification à haute vitesse et la méthode de refroidissement par métal liquide sont largement utilisées.

La méthode de solidification à haute vitesse est une méthode qui consiste à faire se déplacer les pièces moulées progressivement dans une seule direction, s'éloignant de la région à haute température pour atteindre une solidification unidirectionnelle. Cette méthode résout le problème où le gradient de température diminue progressivement pendant le processus de solidification. Le principe de la méthode de solidification à haute vitesse est illustré à la figure 1(a). Un écran adiabatique est placé au fond du four, avec une ouverture légèrement plus grande que la pièce moulée sur l'écran. L'intérieur du four est maintenu chauffé. Pendant le processus de solidification du métal, l'enveloppe est lentement abaissée, de sorte que la partie du métal exposée à l'extérieur commence à se refroidir et à se solidifier, tandis que le métal fondu situé à l'intérieur du four reste encore chauffé, créant ainsi un gradient de température axial. La méthode de solidification à haute vitesse présente un gradient de température élevé et stable ainsi qu'un taux de refroidissement élevé, permettant d'obtenir des cristaux colonnaires longs et une structure fine, ce qui améliore considérablement les propriétés mécaniques des pièces moulées. Cependant, le gradient de température de cette méthode reste insuffisant, et des défauts de fonderie tels que des taches et des impuretés sont encore susceptibles de se produire lors de la solidification directionnelle de pièces moulées épaisses et volumineuses.