Uçak motoru yüksek basınçlı türbin rotor bıçakları nasıl üretilir?

Uçak motoru yüksek basınçlı türbin rotor bıçaklarının nasıl üretiltiğinin prensibi çok basit, ancak bu süreçteki çeşitli parametreler, her düğümün parametrelerini elde etmek, yardımcı malzeme bileşenlerini ve bir sürü şansı gerektirir.

Öncelikle, yüksek basınçlı türbin rotor bıçakları karmaşık iç soğutma hava kanalları gerektirir (aşağıdaki şemaya bakın). İlk olarak, iç soğutma hava kanalları yapılır (soğutma hava delikleri daha sonra ele alınacaktır). Daha sonra bu hava kanallarını oluşturmak için özel bir seramikle mum kalıbı dökülür.

Bu keramik hava yolu kalıbını elde edince, bıçak dış kalıbıyla birleştirin ve bunu döküm fırına koyun. Erimiş süper alaşım* (keramik hava yolu iç kalıbı ve katran dış kalıbı dahil) yukarıdan aşağıya doğru kalıbın boşluğuna girer. Her kalıp yapımında aralarındaki sayısız tabakaların kaplaması çok zahmetli bir işlemdir. Alman şirketleri bunu robotlarla yapıyor, Rusya'nın hala teyze fırçasını kullandığına benziyor. Bu kaplamalar doğrudan döküm kalitesini belirler ve tolerans oranı çok düşüktür.

Bu sırada, döküm makinesi erimiş süper alaşımın sıcını sıkıca kontrol eder ve ardından yatay bir düzlemde pekişmesine (yani kristalin büyümesine) izin verir, aşağıdan yukarıya doğru, kristal spiralde (kristal seçici) büyürken birbirini sıkar ve seçer, en sonunda yalnızca ön tanımlı yöne en yakın olan tek bir kristal kalır ve bu kristal daha sonra yukarı doğru büyür.

Çünkü yüksek basınçlı mihver 10.000 kez daha fazla dönecek, her parça 10 tonun üzerinde bir merkezkaç kuvvetine maruz kalır ve her yönde nikel kristallerinin dayanımı farklıdır, bu nedenle onun köşegeni (en güçlü yön) merkezkaç kuvveti yönünden 10 derece içindedir. (Bir de ek olarak söylemek gerekirse, düşük basınçlı türbin rotorunda kullanılan tek yönlü nikel tabanlı alaşımın kristal yönelimi gereklidir ancak sadece bir kristal değil, çünkü tek kristalin erime noktası polikristalinin (tek yönlü kristal dahil) 50K daha yüksektir.)

Üretim oranları yüksek değildir. Bildiğim kadarıyla, Almanya'daki birçok iyi hassas döküm fabrikası bu işleme karşı çıkmış ve sonunda iflas etmiştir. Eşik gerçekten çok yüksektir.

Nihayetinde, elde edilen ürün özel bir alkol kullanılarak havalandırma delikleri için kalite kontrolünden geçirilir ve seramik havalandırma kalıbı çözülür. Elektrokoşullu delikler ve elektrokimyasal delikler vardır. En yaygın kullanılan delikler lazerle yapılır. Deliklerin şekli de oldukça karmaşıktır. Daha sonra elektroplating kaplama işlemi yapılır ki bu da büyük bilgi gerektiren bir işlemdir.

Aşağıdaki resimde solda polikristalin, ortada tek yönlü kristal ve sağda tek kristal gösterilmiştir.

Ancak, dökümünden sonra bıçaklar, iç soğutma hava borusu ile bıçak yüzeyini birleştiren havalandırma deliklerine sahip değildir. Bu genellikle lazerle yapılır. Çünkü yüksek basınçlı kompresörden çıkarıldığı sırada ve boş çekirdektan yüksek basınçlı türbine akarken soğutma hava, fazla bir basınç kaybı yaşamıştır; ayrıca çekirdek hava akımı yanma sırasında da basınç kaybetse de, eksen ile bıçak arasında belirli bir merkezkaç sıkıştırma ve basınç artırma etkisi bulunmasına rağmen, yine de bıçağa ulaşabilmesi için soğutma havasına daha yüksek bir statik basınç uygulanması gerekir. Bu durumda, dinamik basıncı azaltmak ve statik basıncı artırmak amacıyla genişlemiş kesitli bir delik gereklidir ve ardından soğutma havası, sıcak çekirdek hava akımını bıçak yüzeyinden uzaklaştırır (bir sürü anlamsızlık). Ayrıca, çok hızlı bir hızda hareket ederse, soğutma doğrudan çekirdek hava akımına enjekte edilir ve başka bir işi de vardır: Bıçak yüzeyinde bir soğutma hava filmi oluşturarak bıçağı korumaktır, bu da yavaşlatma ve basınç artırma gerektirir.

Bu nedenle, bu tür deliklerin farklı pozisyonlar için geometrik şekillerini optimize etmesi gerekir. Laser deltleme kolayca otomatize edilebilir, ancak dezavantajı içteki yüzey gerilmelerinin oluşmasıdır.

Turbine statörünün kuyruğu (tek yönlü kristal, konu dışı) sonraki turbine rotorunu hizmete sunmak için uyandırma soğutma delikleri ile çivilenmesi gerekmektedir. Bu delik çok ince olduğundan ve iç streslere dayanamadığından elektrokimyasal erozyon kullanılarak yapılır. Tabii ki, bunlar mutlak değildir ve farklı şirketler farklı işleme yöntemlerine sahiptir.

Bunu yaptıktan sonra, tek kristal bir türbin kanadı elde edilmiştir, ancak henüz kaplama yapılmamıştır. Modern türbin kanatları, zirkonyum oksit seramikinden oluşan bir zirkonyum termodisipatif kaplamaya ihtiyaç duyar. Seramik olduğu için belirli ölçüde kırılgandır. Türbin çalışırken, küçük bir deformasyon olursa, tüm parça kopabilir ve türbin kanatları hemen eriyebilir. Bu, Hangfa içinde kesinlikle kabul edilebilir değildir.

Ardından EB-PVD süreci (Elektron ışını fiziksel buharlaşma) var, bu da buhar yatırma yöntemi.

Elbette, onu yapmadan önce platin kaplama (platin), plazma püskürtme vb. gibi birçok farklı malzeme katmanı vardır. Ayrıca zirkonyumu takviye eden ve yapıştırıcı gibi davranan bir katman daha vardır. Elbette her şirket arasında küçük farklılıklar bulunur ve bunlar statik değildir.

Öncelikle, elektron tozu elektron ışını emitiyor, bu ışın manyetik alan tarafından yönlendirilerek kubrik zirconiya tabakasına çarpıyor. Elektronlarla çarpan tabaka gaz haline geliyor ve bu gaz halindeki zirconiya, bıçak yüzeyine rekat ediliyor ve büyümeye başlıyor. Zirconiya, 1 mikron çapında ve 50 mikron uzunluğunda küçük çubuklara dönüşüyor ve yaprakların yüzeyini porolar kaplanmadan sıkıca kaplıyor. Çünkü tam bir keramik parçası olmadığı için, küçük çubuklar birbirine göre hafifçe hareket edebiliyor ve tüm parçanın soyulmasını engelliyor, bu da deformasyondan kaynaklanan başarısızlık sorununu çözüyor.

Sirkonyum, nikel alt tabakanın ve sıcak çekirdek hava akımı arasında çok çetin bir sıcaklık gradyanı oluşturabilen, son derece yüksek sertliğe ve son derece düşük termal iletkenliğe sahiptir. İç soğutma ve hava filmi soğutması ile birlikte, bıçak kendi erime sıcaklığından çok daha yüksek olan bir ortamda uzun süre yüksek dayanım ve güvenilirlikle çalışabilir.

Bu noktada, bıçak yüzeyi tamamlanmıştır. Turbin tekerleğine oturtulabilmesi için, bıçak kökünde de bir keçe veya mörtele yapısı gerekir.

Yukarıda belirtildiği gibi, her bir turbin bıçağı çalışırken on tondan fazla merkezkaç kuvvetiyle karşılaşıyor ve bıçak kökü de çok hassas şekilde işlenmelidir. Nikel tabanlı süper alaşımı, sert, yüksek sıcaklığa dayanıklı ve işlemede çok zor olan bir madde dir.

Bıçak kökü ovulmuştur. Bıçak özel bir takıme takılıp, üstteki ve alttaki ters geometriye (dişi kalıb) sahip ovma tekerlekleri içeri doğru oyar.

Bu, çekiç tekerleğinin hızlı bir şekilde başarısız olmasına neden olacaktır, bu nedenle iki çekiç tekerleği’nin dışına sürekli olarak çekiç tekerleğini çalışır tutmak için pozitif bir elmas çekiç tekerleği eklenir. Elmas tekerleğindeki endüstriyel elmaslar, robotlar tarafından yapıştırılır.

Bu süreçlerden ve denetimden sonra, bıçak çalışmak için hazır hale gelir. Bu, sadece bir jet motörü parçasıdır ve bir jet motörü de sadece bir uçağın modülüdür.