Lopatky plynovej turbíny: príprava smerovaného tuhnutia

List turbíny je hlavnou komponentou horkého konca plynovej turbíny, výskum a výroba sú dôležitým odrazom rozsahu a technického úrovne premyslu krajiny. Prezentujú sa najnovšie výsledky výskumu technológie výroby lopatiek turbíny. Na základe výskumu výskumného tímu sa prezentuje pokrok v oblasti smerového zpevňovania lopaťov plynovej turbíny a navrhujú sa priority výskumu.

Technológia smerovej zpevnenia sa vzťahuje na technológiu, ktorá vytvorí teplotný gradient v určitom smere pomocou nútených prostriedkov počas procesu zpevňovania, aby sa zpevnenie odohralo v určitom smere. V procese zpevňovania kovu je teplotný gradient v špecifickom smere medzi zpevnenou časťou a nerozpevneným tavením, čo spôsobí, že kov zpevne v smere opačnom k prevádzaniu tepla. Pomocou technológie smerového zpevňovania sa dajú získať slúpcovité alebo jednoduché krystaly so špecifickým orientáciou, a môžu byť vyrobené lopatky zo slúpcovitých alebo jednoduchých krystalov, pričom ich vlastnosti sa môžu významne zlepšiť.

V late 1960-ty Versnyder a jeho tímoví aplikovali technológiu smernej zpevnenia na výrobu superligier, čo lepšie ovládalo zrnovú orientáciu zpevňovacej štruktúry, odstránilo počiatočné hranice zrna a významne vylepšilo mechanické vlastnosti superligier. Technológia smerového zpevnenia po desaťročiam výskumu vyvinula metódy ako exotermická prášková (EP) metóda, vypnutie mocnosti (PD) metóda, vysokorýchlostné zpevnenie (HRS) metóda, a tradičné techniky ako HRS [12] a ochladzanie kapalným kovom (LMC). V súčasnosti sa široko uplatňujú metódy vysokorýchlostného zpevnenia a ochladzania kapalným kovom.

Metóda vysokorýchlostnej ziedobnosti je spôsob, ako urobiť tak, aby sa odlievky pohybovali v jednom smere postupne stranou od oblasti vysokých teplôt a dosiahli jednosmernú ziedobnosť. Táto metóda rieši problém, že teplotný gradient sa v procese ziedobnosti postupne zníži. Princíp vysokorýchlostnej metódy ziedobnosti je znázornený na obrázku 1(a). Na spodnej časti pece je umiestnené adiabatické prekážka, na ktorej je otvorené ústie trochu väčšie ako odlieva. Vnútro pece je vydržiavané na hriateľnej teplote. Počas ziedobného procesu kovu sa plášť pomaly stiahne dolu, takže časť kovu, ktorá je expozovaná vonku, začne ochladzovať a ziednie, kým kovová hmota nachádzajúca sa v pece stále zostáva vo vytopenom stave, tým sa vytvorí axiálny teplotný gradient. Metóda vysokorýchlostnej ziedobnosti má vysoký a stabilný teplotný gradient a rýchlosť ochladzovania, čo umožňuje dosiahnuť dlhé slúpcovité krystaly a jemnú štruktúru, čím sa významne zlepšia mechanické vlastnosti odlievaní, no teplotný gradient tejto metódy stále nestačí a počas jednosmerného ziedobnia hrubších a väčších odlievaní môžu vzniknúť odlievacie defekty, ako sú frekly a nepatrictvá.