Pás de turbina a gás: preparação por solidificação direcional

A pás da turbina é o componente principal da extremidade quente da turbina a gás, e sua pesquisa e desenvolvimento, bem como sua fabricação, são uma importante reflexão da escala de desenvolvimento e do nível técnico da indústria de um país. É feita uma revisão do progresso recente na tecnologia de preparação da pás da turbina a gás. Com base nas pesquisas do grupo de pesquisa, apresenta-se o progresso na área da solidificação direcional das pás da turbina a gás, e são propostas direções focais.

A tecnologia de solidificação direcional refere-se a uma tecnologia que estabelece um gradiente de temperatura em uma certa direção por meio de métodos forçados durante o processo de solidificação, de modo que a solidificação ocorra ao longo de uma determinada direção. No processo de solidificação de um metal, existe um gradiente de temperatura em uma direção específica entre a parte solidificada e o metal fundido não solidificado, o que faz com que o metal se solidifique na direção oposta à condução de calor. Ao utilizar a tecnologia de solidificação direcional, é possível obter cristais colunares ou de único cristal com orientação específica, e preparar lâminas colunares ou de único cristal, melhorando significativamente seu desempenho.

No final dos anos 1960, Versnyder et al. aplicaram a tecnologia de solidificação direcional à produção de superligas, o que permitiu um melhor controle da orientação do grão na estrutura de solidificação, eliminou as fronteiras de grão transversais e melhorou significativamente as propriedades mecânicas das superligas. Após décadas de pesquisa, a tecnologia de solidificação direcional desenvolveu métodos como o método de pó exotérmico (EP), o método de redução de potência (PD), o método de solidificação de alta taxa (PD), técnicas convencionais como HRS [12] e resfriamento por metal líquido (LMC). Atualmente, os métodos de solidificação de alta velocidade e resfriamento por metal líquido são amplamente utilizados.

O método de solidificação de alta velocidade é um método para fazer com que as peças fundidas se movam gradualmente em uma direção, afastando-se da região de alta temperatura para alcançar a solidificação unidirecional. Este método melhora o problema de que o gradiente de temperatura diminui gradualmente durante o processo de solidificação. O princípio do método de solidificação de alta velocidade está ilustrado na Figura 1(a). Uma barreira adiabática é colocada na parte inferior do forno, e uma abertura ligeiramente maior que a peça fundida é feita na barreira. O interior do forno é mantido aquecido. Durante o processo de solidificação do metal, a casca é lentamente puxada para baixo, de modo que a parte do metal exposta ao exterior começa a esfriar e solidificar, enquanto o metal fundido localizado dentro do forno ainda está em estado aquecido, estabelecendo assim um gradiente de temperatura axial. O método de solidificação de alta velocidade possui um gradiente de temperatura alto e estável, bem como uma taxa de resfriamento elevada, e pode obter cristais colunares longos e uma estrutura fina, melhorando significativamente as propriedades mecânicas das peças fundidas. No entanto, o gradiente de temperatura desse método ainda é insuficiente, e defeitos de fundição, como manchas e impurezas, ainda tendem a ocorrer durante a solidificação direcional de peças fundidas grossas e grandes.