Метод охолодження рідким металом

Щоб ще більше покращити температурний градієнт у напрямному залізні, дослідники розробили метод охолодження рідким металом на основі швидкого методу охолодження. Цей метод використовує рідкий метал для охолодження вилитків, тобто вилитки після витягування погружаються в рідкий метал з високою теплопровідністю, високою кип'ятковою точкою і низькою температурою плавлення (у головному використовується Sn) (див. рисунок 1(b)), щоб збільшити ефект охолодження. Метод охолодження рідким металом може покращити швидкість охолодження вилитків і температурний градієнт на межі твердий-рідкий до 200 К/см, а також забезпечує стабільний температурний градієнт, що робить процес кристалізації стабільним, значно зменшує міжгалузеву відстань і зменшує ймовірність різних дефектів за час солідування. Проте, метод охолодження рідким металом має деякі обмеження, такі як: складне обладнання, необхідне для цього методу, і воно недостатньо просте у практичній експлуатації; Охолодjuвальна речовина Sn є шкідливим елементом, і коли вилиток погружається в низькоплавкий метал, такий як Sn, рідкий Sn легко проникає і забруднює вилиток. У останні роки люди оптимізували процес з боку підготовки оболонки, покращили недоліки методу охолодження рідким металом, що дозволило йому бути застосованим для виробництва одно kristalних лопаток турбін для авіа двигунів і великих розмірів одно kristalних лопаток турбін для наземних газових турбин.

Крім того, неперервано досліджуються нові способи збільшення температурного градієнта, такі як: технологія напрямкового кристалізації при газовому охолодженні, технологія напрямкового кристалізації з електромагнітним обмеженням формування, суперохолодження напрямкової кристалізації (SDS), лазерна швидка кристалізація (LRM), технологія напрямкової кристалізації при плавному шаруванні та охоложенні, двовимірна технологія напрямкової кристалізації (двобічна кристалізація, BDS), технологія напрямкової кристалізації при виробництві тонких оболонок. Проте ці нові технології ще недостатньо вдосконалені і не застосовуються у напрямковій кристалізації лопаток газового турбіна.

Метод покращеного охолодження за допомогою спрею розплавленого металу

Щоб подолати проблеми, такі як забруднення викирту рідким металевим охолоджувачем та легкодоступна формування дефектів викирту через метод рідкометалевого охолодження, наша наукова група розробила технологію напрямного зворожування за допомогою спреюваного рідкометалевого охолодження (LMSC) і створила промислове обладнання для напрямного зворожування. Конструкція та мета LMSC-печі для напрямного зворожування показані на рисунку 2. Технологія LMSC базується на технології LMC, але замість безпосереднього погруження оболонки та викирту у рідкий метал для охолодження, використовується спрейне охолодження оболонки та викирту рідким металом. Ця технологія має характеристики сильного відведення тепла, рівномірного охолодження та хорошої теплоізоляції між ізоляційною зоною та зоною охолодження. Технологія LMSC не тільки зберігає переваги сильного охолодження технології LMC, але й вирішує її недоліки. Завдяки контролюваній швидкості потоку рідкого металу при спреюванні, поєднаному з регулюванням швидкості виведення, можна отримати стовпчасті кристали або одно kristalnі з добрими структурними характеристиками та меншою відстанню між дендритами, що може зменшити або навіть уникнути формування дефектів у процесі спекання супeralloy. Технологія напрямного зворожування LMSC є дуже важливою для розробки та промислової виробництва супeralloy.