Aubes de turbines à gaz : préparation de la solidification directionnelle

Les aubes de turbine sont le composant principal de l'extrémité chaude de la turbine à gaz. Leur recherche, leur développement et leur fabrication sont un reflet important de l'échelle de développement et du niveau technique de l'industrie d'un pays. Les progrès récents de la recherche sur la technologie de préparation des aubes de turbine à gaz sont passés en revue. Sur la base des recherches du groupe de recherche, les progrès de la recherche dans le domaine de la solidification directionnelle des aubes de turbine à gaz sont présentés et l'orientation de la focalisation est avancée.

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 sorte que la solidification se déroule dans une certaine direction. Dans le processus de solidification d'un métal, il existe un gradient de température dans une direction spécifique entre la partie solidifiée et la masse fondue non solidifiée, ce qui provoque la solidification du métal dans la direction opposée à la conduction thermique. En utilisant la technologie de solidification directionnelle, il est possible d'obtenir des cristaux colonnaires ou monocristallins avec une orientation spécifique, et de préparer la lame colonnaire ou monocristalline, et ses performances peuvent être considérablement améliorées.

Français À la fin des années 1960, Versnyder et al. ont appliqué la technologie de solidification directionnelle à la production de superalliages, ce qui a permis de mieux contrôler l'orientation des grains de la structure de solidification, d'éliminer les joints de grains transversaux et d'améliorer considérablement les propriétés mécaniques des superalliages. La technologie de solidification directionnelle après des décennies de recherche a permis de développer la méthode de poudre exothermique (EP), la méthode de mise hors tension (PD), la méthode de solidification à haut débit (PD), les techniques conventionnelles telles que HRS [12] et le refroidissement par métal liquide (LMC). À l'heure actuelle, la méthode de solidification à grande vitesse et la méthode de refroidissement par métal liquide sont largement utilisées.

La méthode de solidification à grande vitesse est une méthode qui consiste à déplacer progressivement les pièces moulées dans une direction en s'éloignant de la région à haute température pour obtenir une solidification à sens unique. Cette méthode améliore le problème de la diminution progressive du gradient de température dans le processus de solidification. Le principe de la méthode de solidification à grande vitesse est illustré à la figure 1(a). Un déflecteur adiabatique est placé au fond du four et une bouche légèrement plus grande que la pièce moulée est ouverte sur le déflecteur. L'intérieur du four est maintenu chauffé. Pendant le processus de solidification du métal, la coque est lentement tirée vers le bas, de sorte que la partie du métal exposée à l'extérieur commence à refroidir et à se solidifier, tandis que le métal fondu situé dans le four est toujours dans un état chauffé, établissant ainsi un gradient de température axial. La méthode de solidification à grande vitesse présente un gradient de température et une vitesse de refroidissement élevés et stables, et peut obtenir un long cristal colonnaire et une structure fine, améliorant ainsi considérablement les propriétés mécaniques des pièces moulées, mais le gradient de température de la méthode est encore insuffisant, et des défauts de coulée tels que des taches de rousseur et des impuretés sont toujours susceptibles de se produire lors de la solidification directionnelle de pièces moulées épaisses et de grande taille.