Метод охлаждения жидким металлом Россия

Для дальнейшего улучшения температурного градиента при направленной кристаллизации исследователи разработали метод охлаждения жидким металлом на основе метода быстрого охлаждения. Этот метод использует жидкий металл для охлаждения отливок, то есть извлеченные отливки погружают в жидкий металл с высокой теплопроводностью, высокой температурой кипения и низкой температурой плавления (в основном используется Sn) (см. Рисунок 1(b)) для увеличения охлаждающего эффекта. Метод охлаждения жидким металлом может улучшить скорость охлаждения отливок и температурный градиент на границе раздела твердое тело-жидкость до 200 К/см и может поддерживать стабильный температурный градиент, так что процесс кристаллизации является стабильным, так что расстояние между дендритами может быть значительно уменьшено, и вероятность различных дефектов кристаллизации может быть уменьшена. Однако метод охлаждения жидким металлом также имеет некоторые ограничения, такие как: оборудование, необходимое для этого метода, является сложным, и оно недостаточно просто в практической эксплуатации; Охлаждающая среда Sn является вредным элементом, и когда отливка погружается в легкоплавкий металл, такой как Sn, жидкий Sn легко проникает и загрязняет отливку. В последние годы люди оптимизировали процесс с точки зрения подготовки оболочки и улучшили недостатки процесса охлаждения жидким металлом, который был применен для производства монокристаллических турбинных лопаток для авиационных двигателей и крупногабаритных монокристаллических турбинных лопаток для наземных газовых турбин.

Кроме того, постоянно изучаются новые способы увеличения температурного градиента, такие как: технология направленной кристаллизации литья с газовым охлаждением, технология направленной кристаллизации с электромагнитным ограничением формования, технология направленной кристаллизации с суперохлаждением (SDS), лазерная быстрая кристаллизация (LRM), технология направленной кристаллизации с закалкой в ​​псевдоожиженном слое, технология двумерной направленной кристаллизации (двунаправленная кристаллизация, BDS), технология направленной кристаллизации тонкослойного литья. Однако эти новые технологии все еще незрелые и не нашли применения в направленной кристаллизации лопаток газовых турбин.

Метод охлаждения методом распыления жидкого металла

Для преодоления таких проблем, как загрязнение литья жидкометаллическим теплоносителем и дефекты литья, легко образующиеся при охлаждении жидким металлом, наша исследовательская группа разработала технологию направленной кристаллизации с охлаждением жидким металлом (LMSC) и разработала промышленное оборудование для направленной кристаллизации. Конструкция и объект печи направленной кристаллизации LMSC показаны на рисунке 2. Технология LMSC основана на технологии LMC от оригинального способа непосредственного погружения оболочки и литья в жидкий металл для охлаждения до использования жидкого металла для распылительного охлаждения оболочки и литья. Технология обладает характеристиками сильного рассеивания тепла, равномерного охлаждения и хорошей теплоизоляции между зоной изоляции и зоной охлаждения. Технология LMSC не только сохраняет преимущества сильной охлаждающей способности технологии LMC, но и устраняет недостатки технологии LMC. Благодаря контролируемой скорости потока распыляемой жидкой металлической жидкости в сочетании с регулировкой скорости вытяжки можно получить столбчатые кристаллы или монокристаллы с хорошей структурой и меньшим расстоянием между дендритами, что позволяет уменьшить или даже избежать образования дефектов кристаллизации в суперсплаве. Технология направленной кристаллизации LMSC очень важна для разработки и промышленного производства суперсплавов.