Gázgerenda varrógépek: irányított szilárdítás előkészítése

A turbinaszárnyelék a gázturbina magas hőmérsékletű központi komponense, melynek fejlesztése és gyártása fontos tükrözője egy ország ipari méretének és technológiai szintjének. A cikk áttekinti a legutóbbi fejlesztéseket a gázturbina-szárnyak készítési technológiájában. A kutatócsoport munkáján alapulva bemutatja a gázturbina-szárnyak irányított megszilárdulási területén történő fejlődést, valamint megadja a kulcsirányokat.

A irányított szilárdulás technológiáról szóló technológia azt jelenti, hogy a szilárdulási folyamat során kényszeres eszközökkel hozzuk létre a bizonyos irányban a hőmérsékleti gradienset, így a szilárdulás egy adott irányban halad elő. A fémes anyagok szilárdulási folyamatában van egy hőmérsékleti gradiens egy adott irányban a már szilárdult rész és a még nem szilárdult olvadékok között, ami okozza, hogy a fémes anyag ellenkező irányba szilárdulson a hővezetéshez képest. Az irányított szilárdulás technológiájának alkalmazásával oszlopális vagy egyensúlyi kristályt lehet kapni adott orientációval, és az oszlopális vagy egyensúlyi kristályból készíthető léc, amelynek a teljesítménye jelentősen javulhat.

A 1960-as évek végén Versnyder és munkatársai alkalmazták a irányított szilárdulási technológiát a szuperalloys gyártására, amely jobban ellenőrizte a szilárdulási struktúra anyagcsoportjának orientációját, kizárta a vízszintes anyagcsoporthatárokat, és jelentősen javította a szuperalloys mechanikai tulajdonságait. Az irányított szilárdulás technológiája évtizedes kutatások után kidolgozta az exotermes por (EP) módszert, a teljesítmény csökkentésének (PD) módszerét, a magas sebességű szilárdulást (PD) módszerét, valamint a konvencionális HRS [12] és fémhős hűtést (LMC). Jelenleg a magas sebességű szilárdulási módszer és a fémhős hűtés széles körben használatos.

A magas sebességű szilárdulási módszer olyan eljárás, amelynek segítségével a gútolások egy irányba haladva távolodnak a magas hőmérsékletű régiótól, hogy elérje az egyirányú szilárdulást. Ez a módszer javítja azt a problémát, hogy a szilárdulási folyamat során a hőmérsékleti gradiens lassan csökken. A magas sebességű szilárdulási módszer elve ábrázolva van a 1(a) ábrán. Az úton alján adiabatikus zárólapot helyeztek el, és a zárólapon egy kicsit nagyobb nyitást tartottak a gútolásnál. Az út belseje folyamatosan meleg van. A fémes anyag szilárdulási folyamata közben a kabina lassan lehúzódik, így a metál része, amely már kinyílt a külső környezetre, kezd hűlni és szilárdulni, míg a még folyékony metál, amely az út belsejében található, továbbra is meleg állapotban marad, így egy tengelyes hőgradiens jön létre. A magas sebességű szilárdulási módszer magas és stabil hőgradienst és hűtési sebességet biztosít, amely hosszú oszlopféle struktúrákat és finom szerkezetet eredményez, ezáltal jelentősen javítva a gútolások mechanikai tulajdonságait, de a módszer hőgradiense még mindig nem elégséges, és vastagabb, nagyobb gútolások irányított szilárdulása során szintén előfordulhatnak gútolási hibák, mint például frekkensek és szennyezések.