Lưỡi gà tua-bin: chuẩn bị kết tinh theo hướng

Lá turbine là thành phần lõi ở đầu nóng của tua-bin khí, việc nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất lá này là phản ánh quan trọng về quy mô phát triển và mức độ công nghệ của ngành công nghiệp một quốc gia. Bài viết xem xét tiến bộ gần đây trong công nghệ chế tạo lá tua-bin khí. Dựa trên nghiên cứu của nhóm nghiên cứu, bài viết giới thiệu tiến bộ nghiên cứu trong lĩnh vực kết đặc theo hướng của lá tua-bin khí và đề xuất hướng tập trung cho tương lai.

Công nghệ kết tinh hướng là công nghệ thiết lập một gradient nhiệt độ theo một hướng nhất định bằng các phương tiện ép buộc trong quá trình kết tinh, để cho quá trình kết tinh diễn ra theo một hướng cụ thể. Trong quá trình kết tinh của kim loại, có một gradient nhiệt độ theo một hướng cụ thể giữa phần đã kết tinh và phần dung dịch chưa kết tinh, điều này khiến kim loại kết tinh theo hướng ngược lại với hướng dẫn nhiệt. Bằng cách sử dụng công nghệ kết tinh hướng, có thể thu được tinh thể cột hoặc tinh thể đơn với hướng cụ thể, và có thể chế tạo lưỡi dao dạng tinh thể cột hoặc tinh thể đơn, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất của nó.

Vào cuối những năm 1960, Versnyder và các cộng sự đã áp dụng công nghệ kết tinh hướng vào việc sản xuất hợp kim siêu bền, điều này giúp kiểm soát tốt hơn hướng của cấu trúc tinh thể khi kết tinh, loại bỏ các ranh giới hạt ngang và cải thiện đáng kể các đặc tính cơ học của hợp kim siêu bền. Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, công nghệ kết tinh hướng đã phát triển các phương pháp như phương pháp bột tỏa nhiệt (EP), phương pháp hạ điện áp (PD), phương pháp kết tinh tốc độ cao (PD), cũng như các kỹ thuật truyền thống như HRS [12] và làm mát bằng kim loại lỏng (LMC). Hiện nay, phương pháp kết tinh tốc độ cao và phương pháp làm mát bằng kim loại lỏng được sử dụng rộng rãi.

Phương pháp rắn hóa tốc độ cao là một phương pháp để làm cho các chi tiết đúc di chuyển theo một hướng dần dần ra khỏi vùng nhiệt độ cao để đạt được sự rắn hóa đơn hướng. Phương pháp này cải thiện vấn đề rằng gradient nhiệt độ giảm dần trong quá trình rắn hóa. Nguyên lý của phương pháp rắn hóa tốc độ cao được thể hiện trong Hình 1(a). Một tấm chắn cách nhiệt được đặt ở đáy lò, và một lỗ hơi lớn hơn kích thước chi tiết đúc được mở trên tấm chắn. Bên trong lò được giữ ở trạng thái được làm nóng. Trong quá trình rắn hóa của kim loại, vỏ ngoài được kéo từ từ xuống, khiến phần kim loại bị phơi ra ngoài bắt đầu nguội đi và rắn lại, trong khi đó phần kim loại lỏng nằm trong lò vẫn ở trạng thái được làm nóng, từ đó thiết lập một gradient nhiệt độ theo chiều trục. Phương pháp rắn hóa tốc độ cao có gradient nhiệt độ và tốc độ làm mát cao và ổn định, có thể thu được tinh thể cột dài và cấu trúc mịn, do đó cải thiện đáng kể các đặc tính cơ học của chi tiết đúc, nhưng gradient nhiệt độ của phương pháp này vẫn chưa đủ, và các khuyết tật trong quá trình rắn hóa theo hướng như đốm và tạp chất vẫn dễ xảy ra khi rắn hóa các chi tiết đúc dày và lớn.