Listovi plinske turbine: priprema usmerene solidifikacije

Lopatica turbine je glavni komponent hot end dijela plinske turbine, a njegovo istraživanje i razvoj kao i proizvodnja su važan odraz razvojnog obima i tehnološkog nivoa industrije države. U radu se pregledaju nedavni napretci u tehnologiji pripreme lopatki plinske turbine. Na osnovu istraživanja istraživačke grupe, predstavljeni su napredci u području direkcionog zatečanja lopatki plinske turbine, a takođe je dat smer budućih istraživanja.

Tehnologija usmerene zatvaranja odnosi se na tehnologiju koja postavlja temperaturni gradijent u određenom smeru silovanim sredstvima tijekom procesa zatvaranja, tako da zatvaranje proći u određenom smeru. Tijekom procesa zatvaranja metala, postoji temperaturni gradijent u određenom smeru između zaključane dijelovi i nerastvorene teplove, što uzrokuje da se metal zaključava u smjeru suprotnom od vodnjaka topline. Koristeći tehnologiju usmerenog zatvaranja, mogu se dobiti stupasti ili jedno kristal sa specifičnim orijentacijom, a može se pripremiti stupasta ili jedno kristalna lopatica, čije performanse se mogu značajno poboljšati.

Krajem 1960-ih, Versnyder i drugi su primenili tehnologiju usmerene zamenljivosti na proizvodnju superlegura, što je bolje kontrolisalo orijentaciju zrnanja strukture tijekom zamenljivosti, uklonilo prečna granica zrna i znatno poboljšalo mehaničke osobine superlegura. Nakon decenije istraživanja, tehnologija usmerene zamenljivosti je razvila metodu egzotermičkog prašine (EP), metodu smanjenja snage (PD), metodu brze zamenljivosti (PD), kao i tradicionalne tehnike poput HRS [12] i hlađenja tekućim metalom (LMC). Trenutno, metoda visoke brzine zamenljivosti i metoda hlađenja tekućim metalom široko se koriste.

Metod visoke brzine zatvaranja je način da se lisice kreću u jednom smeru postepeno dalje od vise temperaturne zone kako bi se dostigla jednosmerna kristalizacija. Ovaj metod poboljšava problem postepenog smanjenja temperature gradijenta tijekom procesa zatvaranja. Princip metoda visoke brzine zatvaranja prikazan je na slici 1(a). Na dnu pećnice je postavljen adijabatski pregrad, a na pregradu je otvoren ulaz malo širi od lisice. Unutra u pećnici održava se toplinska energija. Tijekom procesa zatvaranja metala, omotač se sporo povlači prema dolje, tako da dio metala koji je izložen vanjskom okruženju počinje hladiti i zatvarati, dok se topivi metal koji se nalazi u pećnici još uvijek nalaze u zagrejanom stanju, time se uspostavlja osni gradijent temperature. Metod visoke brzine zatvaranja ima visok i stabilan gradijent temperature i brzinu hlađenja, a može se dobiti dugi stubasti kristal i fino strukturno oblikovanje, što znatno poboljšava mehaničke osobine lisica, ali ipak gradijent temperature ovog metoda još uvijek nije dovoljan, a tijekom jednosmerne kristalizacije debelih i velikih lisica često mogu se pojaviti lisicne defektnosti poput peta i nepurifikovanih materijala.