Метод охлаждения жидким металлом

Для дальнейшего улучшения температурного градиента при направленной кристаллизации исследователи разработали метод охлаждения жидким металлом на основе быстрого охлаждения. Этот метод использует жидкий металл для охлаждения отливок, то есть извлеченные отливки погружаются в жидкий металл с высокой теплопроводностью, высокой температурой кипения и низкой температурой плавления (в основном используется олово) (см. рисунок 1(b)), чтобы повысить эффект охлаждения. Метод охлаждения жидким металлом может увеличить скорость охлаждения отливок и температурный градиент на границе твердое-жидкое до 200 К/см, а также поддерживать стабильный температурный градиент, что обеспечивает стабильность процесса кристаллизации, значительно уменьшая междendритное расстояние и снижая вероятность различных дефектов затвердевания. Однако метод охлаждения жидким металлом имеет некоторые ограничения, такие как: сложное оборудование, необходимое для метода, и недостаточная простота в практическом применении; Охлаждающая среда — олово — является вредным элементом, и когда отливка погружается в низкоплавкий металл, такой как олово, жидкий металл легко может проникнуть и загрязнить отливку. В последние годы люди оптимизировали процесс с точки зрения подготовки оболочки и улучшили недостатки метода охлаждения жидким металлом, что позволило применять его для производства одно kristallных лопаток турбин авиадвигателей и крупноразмерных одно kristallных лопаток турбин наземных газовых турбин.

Кроме того, постоянно исследуются новые способы увеличения температурного градиента, такие как: технология направленной кристаллизации с газовым охлаждением, технология направленной кристаллизации с электромагнитным ограничением формирования, сверхохлаждение направленной кристаллизации (SDS), лазерная быстрая кристаллизация (LRM), технология направленной кристаллизации с погружением в слой кипящего раствора, двумерная технология направленной кристаллизации (двухнаправленная кристаллизация, BDS), технология направленной кристаллизации тонкостенных отливок. Однако эти новые технологии все еще недостаточно развиты и не применяются в направленной кристаллизации лопаток газовой турбины.

Метод усиленного охлаждения распылением жидких металлов

Для преодоления проблем, таких как загрязнение отливки жидкометаллическим охлаждающим веществом и легкая формирование дефектов отливки методом жидкометаллического охлаждения, наша исследовательская группа разработала технологию направленной кристаллизации с использованием распыления жидкого металла (LMSC) и создала промышленное оборудование для направленной кристаллизации. Конструкция и объект печи для направленной кристаллизации LMSC показаны на рисунке 2. Технология LMSC основана на технологии LMC, при которой способ охлаждения был изменен с непосредственного погружения оболочки и отливки в жидкий металл до использования распыления жидкого металла для охлаждения оболочки и отливки. Данная технология обладает характеристиками интенсивного рассеивания тепла, равномерного охлаждения и хорошей теплоизоляции между изоляционной зоной и зоной охлаждения. Технология LMSC не только сохраняет преимущества высокой охлаждающей способности технологии LMC, но и решает недостатки технологии LMC. Благодаря управляемой скорости потока распыляемой жидкой металлической жидкости, в сочетании с регулировкой скорости извлечения, можно получить столбчатые кристаллы или одно kristall с хорошей структурой и меньшим межветвевым расстоянием, что может снизить или даже полностью избежать образования дефектов затвердевания в сверхлегированных сплавах. Технология направленной кристаллизации LMSC имеет большое значение для развития и промышленного производства сверхсплавов.