Lopatica plinove turbine: priprema smjerenskim zakrštanjem

Lopatica turbine je klizni komponenta topleg dijela plinske turbine, a njegovo istraživanje i razvoj te proizvodnja su važan pokazatelj razmjera rasta i tehnološkog razina industrije zemlje. U članku se pregledaju nedavni napredci u tehnologiji pripreme lopatica plinske turbine. Na temelju istraživanja istraživačke skupine, uvodno se opisuju napredci u području smjerovito zagrijavanja lopatica plinske turbine te se navode fokusirani smjerovi.

Tehnologija smjerne zrnljenja odnosi se na tehnologiju koja tijekom procesa zrnljenja uspostavlja temperaturni gradijent u određenom smjeru prisilnim sredstvima, tako da se zrnljenje odvija u određenom smjeru. Tijekom zrnljenja metala postoji temperaturni gradijent u specifičnom smjeru između zrnljene dijelove i nerastvorene teplove, što uzrokuje da se metal zrnlji u smjeru suprotnom prenosu topline. Koristeći tehniku smjerne kristalizacije, mogu se dobiti stubasti ili jednozrnljni krystal s određenim orijentacijama, pripremiti se mogu stubaste ili jednozrnljene klape, a njihova performanse se mogu značajno poboljšati.

Krajem 1960-ih, Versnyder i suradnici su primijenili tehnologiju smjerane zrnljenja na proizvodnju superlegura, što je bolje kontroliralo orijentaciju zrna u strukturi tijekom zrnljenja, uklonilo transverzalna granica zrna i znatno poboljšalo mehanička svojstva superlegura. Nakon decenije istraživanja, tehnologija smjeranog zrnljenja razvila je metodu egzotermičkog prašine (EP), metodu smanjenja snage (PD), metodu brzog zrnljenja (HRS) i klasične tehnike poput HRS [12] i hlađenja tekućim kovinama (LMC). U trenutku, metoda visokobrzinskog zrnljenja i metoda hlađenja tekućim kovinama široko se koriste.

Metoda brzog zatvaranja je način da se izrade odljeve koji se pomiču u jednom smjeru postupno dalje od visokotemperaturne zone kako bi se postiglo jednosmjerne zatvaranje. Ova metoda poboljšava problem smanjenja temperature gradijenta tijekom procesa zatvaranja. Princip brzog metode zatvaranja prikazan je na slici 1(a). Na dnu pećnice postavljen je adijabatski pregrad, a na pregradu otvoren je usječak malo veći od odljeva. Unutar pećnice održava se toplinsko zagrijavanje. Tijekom procesa zatvaranja metala, ljuska se sporo povlači prema dolje, tako da dio metala koji je izložen vanjskom okružju počinje hladiti i zatvarati, dok je metalna tepanica unutar pećnice još uvijek u zagrijanom stanju, time se stvara osni temperaturni gradijent. Metoda brzog zatvaranja ima visok i stabilan temperaturni gradijent i brzinu hlađenja, te može postići dugi stubasti kristal i jemno strukturno oblikovanje, što znatno poboljšava mehaničke svojstva odljeva, ali je gradijent temperature ovog pristupa još uvijek nedovoljan, a tijekom jednosmjernog zatvaranja debelih i velikih odljeva još uvijek mogu nastupiti odljevne defektnosti poput pješčanih plime i nepuriteta.