Pale del gas turbine: preparazione della solidificazione direzionale

La lama del turbine è il componente principale dell'estremità calda del gas turbine, la sua ricerca e sviluppo e la produzione sono una riflessione importante della scala di sviluppo e del livello tecnologico dell'industria di un paese. Vengono esaminati i recenti progressi nella ricerca sulla tecnologia di preparazione delle pale del gas turbine. In base alla ricerca del gruppo di ricerca, vengono introdotti i progressi nella ricerca nel campo della solidificazione direzionale delle pale del gas turbine e viene proposta la direzione focale.

La tecnologia di solidificazione direzionale si riferisce a una tecnologia che stabilisce un gradiente di temperatura in una certa direzione mediante mezzi forzati durante il processo di solidificazione, in modo che la solidificazione proceda lungo una certa direzione. Nel processo di solidificazione di un metallo, c'è un gradiente di temperatura in una direzione specifica tra la parte solidificata e il miscuglio non solidificato, il che causa la solidificazione del metallo nella direzione opposta alla conduzione del calore. Utilizzando la tecnologia di solidificazione direzionale, è possibile ottenere colonne o cristalli singoli con orientamento specifico, preparare lame a struttura colonna o monocristallina e migliorarne significativamente le prestazioni.

Negli anni '60, Versnyder et al. hanno applicato la tecnologia di solidificazione direzionale alla produzione di superleghe, controllando meglio l'orientamento dei grani della struttura di solidificazione, eliminando i confini di grana trasversali e migliorando notevolmente le proprietà meccaniche delle superleghe. Dopo decenni di ricerca, la tecnologia di solidificazione direzionale ha sviluppato il metodo a polvere esotermica (EP), il metodo power down (PD), il metodo di solidificazione ad alta velocità (HRS) e tecniche convenzionali come HRS [12] e raffreddamento con metallo liquido (LMC). Attualmente, i metodi di solidificazione ad alta velocità e di raffreddamento con metallo liquido sono ampiamente utilizzati.

Il metodo di solidificazione ad alta velocità è un metodo per far muovere i colati gradualmente in una sola direzione lontano dalla regione ad alta temperatura per raggiungere la solidificazione unidirezionale. Questo metodo migliora il problema che il gradiente di temperatura diminuisce gradualmente durante il processo di solidificazione. Il principio del metodo di solidificazione ad alta velocità è illustrato nella Figura 1(a). Viene installato uno schermo adiabatico in fondo al forno, e si apre una bocca leggermente più grande del colato nello schermo. L'interno del forno viene mantenuto riscaldato. Durante il processo di solidificazione del metallo, la ghiera viene abbassata lentamente, in modo che la parte del metallo esposta all'esterno inizi a raffreddarsi e solidificarsi, mentre il metallo fuso situato nel forno rimane ancora in uno stato riscaldato, stabilendo così un gradiente di temperatura assiale. Il metodo di solidificazione ad alta velocità ha un gradiente di temperatura alto e stabile e un'elevata velocità di raffreddamento, e può ottenere cristalli a colonne lunghi e una struttura fine, migliorando notevolmente le proprietà meccaniche dei colati, ma il gradiente di temperatura del metodo è comunque insufficiente, e durante la solidificazione direzionale di colati spessi e grandi sono ancora propensi ad occorrere difetti di fusione come macchie e impurità.