Gaz türbini kanatları: Yönlendirilmiş katılaşmanın hazırlanması Türkiye

Türbin kanadı gaz türbininin çekirdek sıcak uç bileşenidir, araştırma ve geliştirme ve üretimi bir ülkenin endüstrisinin gelişim ölçeğinin ve teknik seviyesinin önemli bir yansımasıdır. Gaz türbini kanat hazırlama teknolojisinin son araştırma ilerlemesi incelenmektedir. Araştırma grubunun araştırmasına dayanarak, gaz türbini kanatlarının yönlü katılaşması alanındaki araştırma ilerlemesi tanıtılmakta ve odak yönü ortaya konulmaktadır.

Yönlü katılaştırma teknolojisi, katılaşma süreci sırasında zorlamalı yollarla belirli bir yönde bir sıcaklık gradyanı oluşturan ve böylece katılaşmanın belirli bir yönde ilerlemesini sağlayan bir teknolojiyi ifade eder. Bir metalin katılaşma sürecinde, katılaşmış parça ile katılaşmamış eriyik arasında belirli bir yönde bir sıcaklık gradyanı vardır ve bu, metalin ısı iletimine zıt yönde katılaşmasına neden olur. Yönlü katılaştırma teknolojisi kullanılarak, belirli yönelime sahip sütunlu veya tek kristal elde edilebilir ve sütunlu veya tek kristal bıçak hazırlanabilir ve performansı önemli ölçüde iyileştirilebilir.

1960'ların sonlarında, Versnyder ve arkadaşları, katılaşma yapısının tane yönelimini daha iyi kontrol eden, enine tane sınırlarını ortadan kaldıran ve süper alaşımların mekanik özelliklerini büyük ölçüde iyileştiren yönlü katılaşma teknolojisini süper alaşımların üretimine uyguladılar. Onlarca yıllık araştırmadan sonra yönlü katılaşma teknolojisi, ekzotermik toz (EP) yöntemini, güç azaltma (PD) yöntemini, yüksek hızlı katılaşma (PD) yöntemini, HRS [12] ve sıvı metal soğutma (LMC) gibi geleneksel teknikleri geliştirdi. Şu anda, yüksek hızlı katılaşma yöntemi ve sıvı metal soğutma yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yüksek hızlı katılaştırma yöntemi, dökümlerin yüksek sıcaklık bölgesinden kademeli olarak uzaklaşarak tek yönlü katılaşma elde etmek için bir yönde hareket etmesini sağlayan bir yöntemdir. Bu yöntem, katılaşma sürecinde sıcaklık gradyanının kademeli olarak azalması sorununu iyileştirir. Yüksek hızlı katılaşma yönteminin ilkesi Şekil 1(a)'da gösterilmiştir. Fırının tabanına adiabatik bir engel yerleştirilir ve engele dökümden biraz daha büyük bir ağız açılır. Fırının içi sıcak tutulur. Metalin katılaşma süreci sırasında, kabuk yavaşça aşağı çekilir, böylece metalin dışarıya maruz kalan kısmı soğumaya ve katılaşmaya başlarken, fırında bulunan metal eriyiği hala ısıtılmış durumdadır, böylece eksenel bir sıcaklık gradyanı oluşturulur. Yüksek hızlı katılaştırma yöntemi, yüksek ve kararlı bir sıcaklık gradyanı ve soğutma hızına sahiptir ve uzun sütunlu bir kristal ve ince bir yapı elde edebilir, böylece dökümlerin mekanik özelliklerini büyük ölçüde iyileştirebilir, ancak yöntemin sıcaklık gradyanı hala yetersizdir ve çiller ve kirlilikler gibi döküm kusurları, kalın ve büyük dökümlerin yönlü katılaştırılması sırasında hala oluşmaya eğilimlidir.