Méthode de refroidissement par métal liquide

Afin d'améliorer encore le gradient de température dans la solidification directionnelle, les chercheurs ont développé une méthode de refroidissement à base de métal liquide basée sur la méthode de refroidissement rapide. Cette méthode utilise un métal liquide pour refroidir les pièces moulées, c'est-à-dire que les pièces extraites sont immergées dans un métal liquide ayant une conductivité thermique élevée, un point d'ébullition élevé et un point de fusion bas (Sn est principalement utilisé) (voir Figure 1(b)) afin d'augmenter l'effet de refroidissement. La méthode de refroidissement au métal liquide peut améliorer le taux de refroidissement des pièces moulées et le gradient de température de l'interface solide-liquide, jusqu'à 200 K/cm, et peut maintenir un gradient de température stable, ce qui rend le processus de cristallisation stable, réduisant ainsi significativement l'espacement dendritique et diminuant la probabilité de divers défauts de solidification. Cependant, la méthode de refroidissement au métal liquide présente également certaines limitations, telles que : l'équipement requis par la méthode est complexe, et elle n'est pas suffisamment simple dans la pratique opérationnelle ; Le fluide de refroidissement Sn est un élément nocif, et lorsque la pièce est immergée dans un métal à faible point de fusion comme le Sn, le liquide Sn peut facilement pénétrer et polluer la pièce. Ces dernières années, les gens ont optimisé le procédé en termes de préparation de coquille, et ont amélioré les inconvénients du procédé de refroidissement au métal liquide, qui a été appliqué à la production de pales de turbines monocristallines pour moteurs d'avion et de grandes pales de turbines monocristallines pour turbines à gaz au sol.

De plus, de nouvelles méthodes pour augmenter le gradient de température sont constamment explorées, telles que : la technologie de solidification directionnelle avec refroidissement à air gazeux, la technologie de solidification directionnelle avec contrainte électromagnétique, la solidification directionnelle avec surrefroidissement (SDS), la solidification rapide au laser (LRM), la technologie de solidification directionnelle par bain de fluidisation, la technologie de solidification directionnelle bidimensionnelle (solidification bidirectionnelle, BDS), et la technologie de solidification directionnelle pour les coquilles minces. Cependant, ces nouvelles technologies restent encore immatures et n'ont pas encore été appliquées dans la solidification directionnelle des pales de turbines à gaz.

Méthode de refroidissement améliorée par pulvérisation de métal liquide

Afin de surmonter les problèmes tels que l'enduit peut être contaminé par le refroidissant en métal liquide et les défauts de fonderie peuvent facilement se former par la méthode de refroidissement au métal liquide, notre groupe de recherche a développé la technologie de solidification directionnelle par refroidissement pulvérisé au métal liquide (LMSC) et a conçu un équipement industriel de solidification directionnelle. La structure de conception et l'objet du four de solidification directionnelle LMSC sont illustrés à la figure 2. La technologie LMSC repose sur la technologie LMC en passant de la méthode originelle consistant à plonger directement l'enveloppe et la pièce coulée dans un bain de métal liquide pour le refroidissement, à l'utilisation de ce métal liquide pour le refroidissement par pulvérisation de l'enveloppe et de la pièce coulée. Cette technologie présente les caractéristiques d'une dissipation thermique importante, d'un refroidissement uniforme et d'une bonne isolation thermique entre la zone d'isolation et la zone de refroidissement. La technologie LMSC conserve non seulement les avantages d'une grande capacité de refroidissement de la technologie LMC, mais résout également les inconvénients de cette dernière. Grâce au débit contrôlable du métal liquide pulvérisé, combiné avec l'ajustement du taux de retrait, il est possible d'obtenir des cristaux colonnaires ou des monocristaux présentant une structure optimale et une distance interdendritique plus petite, réduisant ainsi voire évitant complètement la formation de défauts de solidification dans les superalliages. La technologie de solidification directionnelle LMSC est très importante pour le développement et la production industrielle des superalliages.