Gas turbineblad: förberedelse av riktad krympning

Turbinbladet är det centrala varma slutkomponenten i en gasturbin, och dess utveckling och tillverkning är en viktig spegelbild av en nations industriska skala och tekniska nivå. De senaste forskningsframstegen inom tekniken för tillverkning av gasturbinblad beskrivs. Utifrån forskningen från forskargruppen introduceras framstegen inom riktad solidifiering av gasturbinblad, och fokusriktningen framhålls.

Riktad förgnings teknik syftar till en teknik som etablerar en temperaturgradient i en viss riktning genom tvungna medel under förgningsprocessen, så att förgningen fortskrider i en viss riktning. Under förgningsprocessen av ett metall finns det en temperaturgradient i en specifik riktning mellan den förgda delen och den oförgda smältan, vilket orsakar att metallen förgnar i den motsatta riktningen mot värmeledningen. Genom att använda riktad förgningsteknik kan man få kolonnformigt eller enskristallmaterial med specifikt orientering, och man kan förbereda kolonnformiga eller enskristallblad, och dess prestanda kan förbättras avsevärt.

Tidigt 1960-tal tillämpade Versnyder och kollegerna riktad förgätningsteknik på produktionen av superlegeringar, vilket bättre kontrollerade kornorienteringen av förgätningsstrukturen, eliminerte de tvärliga korngränserna och förbättrade avsevärt mekaniska egenskaper hos superlegeringarna. Riktad förgätningsteknik har efter decennier av forskning utvecklat exothermiskt pulver (EP) metoden, power down (PD) metoden, höghastighetsförgätning (PD) metoden, traditionella tekniker som HRS [12] och vätske metallkyling (LMC). För närvarande används höghastighetsförgätningssmetoden och vätske metallkylingssmetoden allmänt.

Metoden för höghastighetsförsättnings är en metod för att göra att gjutningarna rör sig i en enda riktning alltmer bort från den högtempererade regionen för att uppnå enstaka riktad försättnings. Denna metod förbättrar problemet med att temperaturgradienten gradvis minskar under försättningsprocessen. Principen bakom metoden för höghastighetsförsättnings visas i figur 1(a). En termiskt isolerande skyddsvägg placeras längst ner i ugnen, och en munning något större än gjutningen öppnas på väggen. Interiören av ugnen hålls uppvärmd. Under metallens försättningsprocess dras skallet långsamt neråt, så att delen av metallen som exponeras utomhus börjar svalna och försätta, medan den smältade metallen som ligger kvar i ugnen fortfarande befinner sig i ett uppvärmt tillstånd, därmed etablerar en axiell temperaturgradient. Metoden för höghastighetsförsättnings har en hög och stabil temperaturgradient och kylhastighet, och kan fånga långa kolonnformade kristaller och en fin struktur, vilket betydligt förbättrar de mekaniska egenskaperna hos gjutningarna, men metodens temperaturgradient är fortfarande otillräcklig, och gjutningsbrister som fläckar och föreningar är fortfarande lätt att inträffa under riktad försättnings av tjocka och stora gjutningar.