ใบพัดกังหันแก๊ส: การเตรียมการหล่อแบบกำหนดทิศทาง

ใบพัดเทอร์ไบน์เป็นชิ้นส่วนปลายร้อนหลักของกังหันแก๊ซ การวิจัยและพัฒนาและการผลิตเป็นการสะท้อนถึงขนาดของการพัฒนาและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของอุตสาหกรรมในประเทศได้อย่างดี บทความนี้ทบทวนความก้าวหน้าล่าสุดของเทคโนโลยีการผลิตใบพัดกังหันแก๊ซ โดยอิงจากการวิจัยของกลุ่มวิจัย ได้นำเสนอความก้าวหน้าในด้านการหล่อแข็งทิศทางของใบพัดกังหันแก๊ซ และเสนอทิศทางการศึกษาต่อไป

เทคโนโลยีการแข็งตัวแบบทิศทาง หมายถึง เทคโนโลยีที่สร้างเกรเดียนต์อุณหภูมิในทิศทางเฉพาะโดยวิธีบังคับระหว่างกระบวนการแข็งตัว เพื่อให้การแข็งตัวดำเนินไปตามทิศทางหนึ่งโดยเฉพาะ ในกระบวนการแข็งตัวของโลหะ จะมีเกรเดียนต์อุณหภูมิในทิศทางเฉพาะระหว่างส่วนที่แข็งตัวแล้วกับสารละลายที่ยังไม่แข็งตัว ซึ่งทำให้โลหะแข็งตัวในทิศทางตรงข้ามกับการนำความร้อน โดยใช้เทคโนโลยีการแข็งตัวแบบทิศทาง สามารถได้ผลึกแท่งหรือผลึกเดี่ยวที่มีทิศทางเฉพาะ และสามารถเตรียมใบพัดแบบผลึกแท่งหรือผลึกเดี่ยว ซึ่งประสิทธิภาพของมันสามารถปรับปรุงได้อย่างชัดเจน

ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 Versnyder และคณะได้นำเทคโนโลยีการหล่อแข็งแบบทิศทางมาใช้ในการผลิตซุปเปอร์อัลลอยด์ ซึ่งสามารถควบคุมทิศทางของโครงสร้างผลึกได้ดียิ่งขึ้น กำจัดขอบเขตผลึกตามแนวตั้ง และเพิ่มสมบัติกลของซุปเปอร์อัลลอยด์อย่างมาก เทคโนโลยีการหล่อแข็งแบบทิศทางหลังจากวิจัยมานับทศวรรษได้มีการพัฒนาวิธีผงสารปล่อยความร้อน (EP) วิธีลดพลังงาน (PD) วิธีการหล่อแข็งเร็วสูง (HRS) และเทคนิคทั่วไปเช่น การหล่อเย็นด้วยโลหะเหลว (LMC) ในปัจจุบัน วิธีการหล่อแข็งความเร็วสูงและวิธีการหล่อเย็นด้วยโลหะเหลวนั้นถูกใช้อย่างแพร่หลาย

วิธีการแข็งตัวความเร็วสูงเป็นวิธีที่ทำให้ชิ้นหล่อเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากพื้นที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้เกิดการแข็งตัวในทิศทางเดียว วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหาที่อุณหภูมิเกรดเดียนลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในกระบวนการแข็งตัว หลักการทำงานของวิธีการแข็งตัวความเร็วสูงแสดงไว้ในรูปที่ 1(a) มีการติดตั้งแผ่นกันความร้อนที่ฐานเตา และเปิดช่องเล็กๆ ที่ใหญ่กว่าชิ้นหล่อเล็กน้อยบนแผ่นกันความร้อน ส่วนภายในเตายังคงถูกทำความร้อน ในระหว่างกระบวนการแข็งตัวของโลหะ เปลือกลวดลายจะถูกดึงลงอย่างช้าๆ ทำให้ส่วนของโลหะที่ถูกเปิดออกนอกเตาเริ่มเย็นและแข็งตัว ในขณะที่โลหะเหลวที่อยู่ในเตายังคงอยู่ในสถานะที่ได้รับความร้อน ซึ่งสร้างอุณหภูมิเกรดเดียนตามแนวแกน วิธีการแข็งตัวความเร็วสูงมีอุณหภูมิเกรดเดียนและความเร็วในการเย็นที่สูงและเสถียร สามารถได้ผลึกแท่งยาวและโครงสร้างละเอียด ซึ่งช่วยปรับปรุงสมบัติกลของชิ้นหล่อได้อย่างมาก แต่อุณหภูมิเกรดเดียนของวิธีนี้ยังไม่เพียงพอ และยังมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องในการหล่อเช่นจุดด่างและสิ่งปนเปื้อนโดยเฉพาะในชิ้นหล่อที่หนาและขนาดใหญ่