Gasturbinebladen: voorbereiding van richtingsolidificatie

De turbineblad is het kerncomponent van de hete kant van een gasturbine, en de onderzoek- en ontwikkeling ervan weerspiegelt belangrijk de schaal en technische niveau van een land's industrie. Het recente onderzoeksvoortgang van de technologie voor de productie van gasturbinebladen wordt overzien. Op basis van het onderzoek van het onderzoeksteam wordt de voortgang in het veld van richtingsgevoelige solidificatie van gasturbinebladen ingevoerd, en de focusrichting wordt voorgesteld.

Directional solidification technologie verwijst naar een technologie die tijdens het vaste wordingsproces een temperatuurgradiënt in een bepaalde richting door middel van gedwongen middelen tot stand brengt, zodat de vaste wording zich in een bepaalde richting voortzet. Tijdens het vaste wordingsproces van een metaal is er een temperatuurgradiënt in een specifieke richting tussen het vastgevormde deel en het niet-vastgevormde smeltmengsel, wat ervoor zorgt dat het metaal in de richting tegenovergesteld aan de warmtegeleiding vast wordt. Door gebruik te maken van directional solidification technologie kan kolomvormig of een kristal met specifieke oriëntatie verkregen worden, en kan een kolomvormig of enkelkristalblad voorbereid worden, waardoor zijn prestaties aanzienlijk kunnen worden verbeterd.

In de late 1960's hebben Versnyder et al. de richtvastigings technologie toegepast op de productie van superlegers, wat de korreloriëntatie van de vaststofstructuur beter onder controle hield, de transverse korrelgrenzen elimineerde en de mechanische eigenschappen van superlegers aanzienlijk verbeterde. Na decennia van onderzoek ontwikkelde de richtvastigingstechnologie methoden zoals de exotherme poedermethode (EP), de power down methode (PD), de hoogsnelheidsolidificatiemethode (HRS) en conventionele technieken zoals vloeibaar metaal verkoeling (LMC). Momenteel worden de hoogsnelheidsolidificatiemethode en de vloeibaar metaal verkoeling breed gebruikt.

De methode van hoge snelheidsolidificatie is een methode om gietstukken geleidelijk in één richting weg te laten bewegen van de hoogtemperatuurzone om een enkelvoudige solidificatie te bereiken. Deze methode verbetert het probleem dat de temperatuurgradiënt tijdens het solidificatieproces geleidelijk afneemt. Het principe van de methode van hoge snelheidsolidificatie wordt weergegeven in Figuur 1(a). Er wordt een adiabatisch scherm onderaan de oven geplaatst, met een opening iets groter dan het gietstuk in het scherm. Binnenin de oven wordt de temperatuur behouden. Tijdens het solidificatieproces van het metaal wordt de korst langzaam naar beneden getrokken, zodat het deel van het metaal dat aan de buitenkant blootgesteld wordt begint te koelen en vast te worden, terwijl het metalen smeltwater dat zich binnenin de oven bevindt nog steeds in een verhitte staat verkeert, waardoor er een axiale temperatuurgradiënt ontstaat. De methode van hoge snelheidsolidificatie heeft een hoge en stabiele temperatuurgradiënt en koelingsnelheid, en kan lange zuilcrystalstructuren en fijne structuren opleveren, wat de mechanische eigenschappen van de gietstukken aanzienlijk verbetert, maar de temperatuurgradiënt van deze methode is nog steeds ontoereikend, en er komen nog steeds gietfouten zoals vlekken en onreinigheden voor tijdens de richtsolidificatie van dikke en grote gietstukken.