Лопатки газовых турбин: подготовка направленной кристаллизации Россия

Турбинная лопатка является основным компонентом горячего конца газовой турбины, ее исследования, разработки и производство являются важным отражением масштаба развития и технического уровня промышленности страны. Рассматривается недавний прогресс исследований в области технологии подготовки лопаток газовой турбины. На основе исследований исследовательской группы представлен прогресс исследований в области направленной кристаллизации лопаток газовой турбины, а также выдвинуто основное направление.

Технология направленной кристаллизации относится к технологии, которая устанавливает градиент температуры в определенном направлении принудительными средствами во время процесса кристаллизации, так что кристаллизация происходит вдоль определенного направления. В процессе кристаллизации металла существует градиент температуры в определенном направлении между затвердевшей частью и незатвердевшим расплавом, что заставляет металл затвердевать в направлении, противоположном теплопроводности. Используя технологию направленной кристаллизации, можно получить столбчатый или монокристалл с определенной ориентацией, а также подготовить столбчатую или монокристаллическую лопатку, и ее производительность может быть значительно улучшена.

В конце 1960-х годов Верснидер и др. применили технологию направленной кристаллизации для производства суперсплавов, которая лучше контролировала ориентацию зерен в структуре кристаллизации, устранила поперечные границы зерен и значительно улучшила механические свойства суперсплавов. Технология направленной кристаллизации после десятилетий исследований разработала метод экзотермического порошка (EP), метод понижения мощности (PD), метод высокоскоростной кристаллизации (PD), традиционные методы, такие как HRS [12] и жидкометаллическое охлаждение (LMC). В настоящее время широко используются метод высокоскоростной кристаллизации и метод жидкометаллического охлаждения.

Метод высокоскоростной кристаллизации — это метод, позволяющий отливкам постепенно двигаться в одном направлении от высокотемпературной области для достижения однонаправленной кристаллизации. Этот метод решает проблему постепенного уменьшения градиента температуры в процессе кристаллизации. Принцип метода высокоскоростной кристаллизации показан на рисунке 1(a). Адиабатическая перегородка устанавливается на дне печи, а устье, немного большее, чем отливка, открывается на перегородке. Внутренняя часть печи поддерживается нагретой. Во время процесса кристаллизации металла оболочка медленно опускается вниз, так что часть металла, открытая снаружи, начинает охлаждаться и затвердевать, в то время как расплав металла, находящийся в печи, все еще находится в нагретом состоянии, тем самым устанавливая осевой градиент температуры. Метод высокоскоростной кристаллизации имеет высокий и стабильный температурный градиент и скорость охлаждения, позволяет получать длинные столбчатые кристаллы и тонкую структуру, что значительно улучшает механические свойства отливок, но температурный градиент метода все еще недостаточен, и дефекты литья, такие как пятна и примеси, все еще склонны возникать при направленной кристаллизации толстых и больших отливок.