Lamini ale turbinei cu gaz: pregătire prin solidificare direcțională

Lama de turbină este componenta principală a extremului cald al turbinei cu gaz, iar cercetarea și dezvoltarea sa, precum și fabricarea, reprezintă o reflexie importantă a mărimii și nivelului tehnic al industriei unui țără. Se prezintă progresele recente ale tehnologiei de pregătire a lamei de turbină cu gaz. Pe baza cercetării grupului de cercetare, se introduc progresele în ceea ce privește solidificarea direcțională a lamei de turbină cu gaz, iar la sfârșit se propun direcțiile de focalizare.

Tehnologia de solidificare direcțională se referă la o tehnică care stabilește un gradient de temperatură într-o anumită direcție prin mijloace forțate în timpul procesului de solidificare, astfel încât solidificarea să progreseze într-o anumită direcție. În timpul solidificării unui metal, există un gradient de temperatură într-o direcție specifică între partea solidificată și topitura ne-solidificată, ceea ce determină metalul să se solidifice în direcția opusă conducerii căldurii. Prin utilizarea tehnologiei de solidificare direcțională, se pot obține cristale colonare sau monocristale cu o orientare specifică, iar se pot pregăti lame colonare sau monocristale, având ca rezultat o îmbunătățire semnificativă a performanței acestora.

La sfârșitul anilor 1960, Versnyder și alții au aplicat tehnologia de solidificare direcțională în producerea superaloiurilor, ceea ce controla mai bine orientarea granului structurii de solidificare, eliminând frontierele de granul transversal și îmbunătățind semnificativ proprietățile mecanice ale superaloiurilor. După decenii de cercetare, tehnologia de solidificare direcțională a dezvoltat metoda praf exotermic (EP), metoda putere jos (PD), metoda solidificării la rată ridicată (HRS) și tehnici convenționale precum HRS [12] și răcirea cu metal lichid (LMC). În prezent, metoda de solidificare rapidă și metoda de răcire cu metal lichid sunt folosite pe scară largă.

Metoda de solidificare la mare viteză este o metodă prin care se fac castigături să se miște într-o singură direcție, treptat, depărtându-se de regiunea cu temperaturi ridicate pentru a atinge o solidificare într-o singură direcție. Această metodă îmbunătățește problema că gradientul de temperatură scade treptat în timpul procesului de solidificare. Principiul metodei de solidificare la mare viteză este ilustrat în Figura 1(a). Se plasează un paravant adiabatic în partea de jos ale cutiei, iar pe paravant se deschide o gură ușor mai mare decât castigătura. Interiorul cutiei este menținut încălzit. În timpul solidificării metalului, coaja este trasă încet în jos, astfel încât parte din metal expusă în exterior începe să se răcească și să se solidifice, în timp ce lichidul metallic situat în cutie rămâne încălzit, ceea ce stabilește un gradient de temperatură axial. Metoda de solidificare la mare viteză are un gradient de temperatură ridicat și stabil, precum și o viteză de răcire mare, putând obține cristale sub formă de colonă lungă și o structură fină, ceea ce îmbunătățește semnificativ proprietățile mecanice ale castigăturilor, dar gradientul de temperatură al acestei metode rămâne insuficient, iar defectele de castigătură, cum ar fi pete și impurități, sunt încă predispuși să apară în timpul solidificării direcționale a castigăturilor mari și groase.