Kryptinis monokristalinių mentelių kietėjimas pramoninėmis sąlygomis, naudojant sukurtą oru aušinamo liejimo metodą
Šiame darbe buvo tiriamas dujų aušinimo poveikis monokristalinių mentelių, pagamintų DGCC liejimo dujomis aušinimo procesu, mikrostruktūros tobulėjimui. Pirminis dendrito rankos atstumas (PDAS) pasiekia aukščiausią vertę ant aerodinaminio paviršiaus ir mažiausią vertę ant ašmenų platformos. Tačiau, kai naudojamas Bridgmano metodas, PDAS reikšmė keičiasi išilgai ašmenų priešinga kryptimi. Taikant DGCC liejimo dujomis aušinimo metodą, PDAS vertė peilių platformoje sumažėja maždaug 100 μm, palyginti su įprastu spinduliniu aušinimu.
Nikelio pagrindu pagaminto superlydinio kryptinio kietėjimo procese dendrito struktūra patobulinama mažinant pirminį dendrito atstumą (PDAS) ir padidinant ašinį temperatūros gradientą kietėjimo priekyje, kad pagerėtų pavienio paviršiaus darbo temperatūra ir mechaninės savybės. krištolo peiliukai. Taikant Bridžmano metodą, spinduliuotės šilumos perdavimas tarp ruošinio ir krosnies labai riboja pelėsių apvalkalo aušinimo efektyvumą, todėl sumažėja temperatūros gradientas ir nepadeda tobulinti dendrito mikrostruktūros. Todėl, siekiant pagerinti monokristalų kokybę ir proceso išeigą, buvo sukurti alternatyvūs kryptinio kietėjimo metodai, tokie kaip skysto metalo aušinimas (LMC), liejimas dujomis aušinant (GCC), kryptinis kietinimas žemyn (DWDS) ir aušinimas pseudoje anglies sluoksniu. metodas (FCBC).
Aukščiau minėtuose metoduose, be radiacinio aušinimo, konvekcinis aušinimas daugiausia naudojamas siekiant pagerinti formos korpuso paviršiaus šilumos ištraukimo efektyvumą. Taikant skysto metalo aušinimo (LMC) ir aušinimo pseudoje anglies sluoksnį (FCBC) metodus, formos apvalkalas panardinamas atitinkamai į aušinimo vonią ir verdantįjį sluoksnį. Taikant dujomis aušinamo liejimo (GCC) ir žemyn nukreipto kietėjimo (DWDS) metodus, dujos įpurškiamos į korpuso paviršių, kad atvėstų liejinys, kai jis juda iš krosnies šildymo zonos. Nuolatinis peiliukų gamybos metodų tobulinimas naudojant inertines aušinimo dujas rodo didelį šių metodų potencialą, nes savikaina palyginti su LMC skysto metalo aušinimo metodu yra santykinai maža, o ruošinio mikrostruktūra patobulinta lyginant su Bridžmano metodu. Konter ir kt. pademonstravo didelių dujų turbinų (IGT) menčių gamybos metodą naudojant inertines aušinamas dujas, o Wang ir kt. naudojo šį metodą mažoms aviacijos turbinų mentėms gaminti. To pakanka įrodyti, kad inertinių aušinimo dujų naudojimas yra veiksmingas būdas efektyviai pagerinti temperatūros gradientą ir patobulinti dendrito struktūrą. Nors šie metodai yra veiksmingi, jie gali būti labai riboti pritaikomi pramoniniu mastu peilių gamyboje, ypač kai keli liejiniai vienu metu dedami į sudėtingus štampų korpusus.
Naudojant sudėtingą apvalkalą su daugybe komponentų, šilumos skydo suderinimas su išoriniu apvalkalo profiliu gali būti labai sudėtingas. Dėl to dujos gali tekėti aukštyn tarp komponentų, o tai nepadeda aušinti formos apvalkalo, esančio krosnies kaitinimo kameroje. Savo ruožtu purkštuko padėtis žemyn link vandeniu aušinamo žiedo gali sumažinti inertinių dujų srauto šiluminį poveikį liejinio pastos srities kietėjimui. Paskelbta straipsnio analizė rodo, kad kryptingo kietėjimo metodai, naudojantys aušinimo dujas, turi didelį potencialą. Tačiau šiuo metu nėra informacijos apie šio metodo taikymą sudėtingoms keraminių formų gamybos mentėms, turinčioms kelis komponentus. Todėl Sikovok bandė sukurti pramoninio masto kryptinio kietėjimo technologiją, skirtą nikelio pagrindu pagamintų superlydinių turbinų mentėms, naudodama inertiškus dujų aušinimo formų apvalkalus, vadinamą Developed Gas Cooling Casting (DGCC) pažangiu dujų aušinimo liejimo metodu. Šiame tyrime pelėsių apvalkalas buvo aušinamas įpurškiant inertines dujas viršgarsiniu greičiu iš kelių purkštukų, esančių žemiau šilumos skydo. Naudojant kintamo kampo purkštukus, galima teisingai nukreipti inertinių dujų srautą į sudėtingos formos korpuso su keliais liejiniais paviršių. Tyrimas parodė, kad dujinio aušinimo naudojimas padėjo padidinti aušinimo greitį ir sumažinti pirminį dendrito rankos atstumą (PDAS) ant vieno kristalo ašmenų platformos, palyginti su įprastiniu radiaciniu aušinimu taikant Bridgmano metodą. Preliminarūs rezultatai rodo, kad DGCC dujų aušinimo liejimo metodas gali būti naudojamas pramoninio masto gamyboje gaminant aukštos kokybės monokristalinius superlydinius aviaciniams varikliams.
CMSX-4 nikelio pagrindu pagamintų superlydinių bandomieji liejiniai buvo kryptingai sukietinami naudojant standartinį Bridgmano ir DGCC dujų aušinimo liejinį, kad būtų sukurtos imituojamos mentės. Tam buvo pagaminti dviejų rūšių vaško formos komponentai, kaip pagrindas keraminių formų apvalkalams gaminti [1 (f) ir (g) pav.]. Vaško formų rinkinius sudaro 250 mm skersmens aušinimo plokštės modelis, išpylimo sistema, pylimo puodelis, aštuoni imituoti peiliukai, kristalų rinktuvai ir pakėlikliai.
Peiliai dedami taip, kaip parodyta 1 pav. f. Tada komponentai panardinami į keraminę suspensiją, po to aliuminio oksido dalelės pabarstomos verdančiojo sluoksnio sluoksniu, kad susidarytų pirmoji formos apvalkalo danga. Antrame sluoksnyje buvo naudojamas mulitas. Pirmiau minėti du žingsniai buvo pakartoti, kad iš viso būtų gauti devyni sluoksniai, kurių vidutinis korpuso sienelės storis buvo apie 7 mm [1 pav. (g)].
Vaško forma išsilydo iš formos apvalkalo vidinės pusės, kuri vėliau įkaitinama iki 800 laipsnių Celsijaus. Paruoštą formos apvalkalą įdėkite ant šaltos krosnies aušinimo kameros plokštės [1 pav. (b)]. Pirmasis vieno kristalo mentės kryptinio kietėjimo žingsnis buvo atliktas DGCC liejimo dujomis aušinimo metodu JetCaster vakuuminėje indukcinėje lydymo krosnyje, o pelėsių aušinimui sustiprinti buvo pridėta argono dujų. Krosnį sudaro šildymo ir aušinimo kamera, tam tikru greičiu veikiančios formos korpuso traukimo sistema ir sistema, galinti tekėti inertines dujas į aušinimo kamerą [1 pav. (a)–(c)]. Korpusas montuojamas ant aušinimo plokštės ir perkeliamas į krosnies viduje esančią kaitinimo kamerą, kuri įkaitinama iki 1520 laipsnių Celsijaus naudojant dvigubos zonos indukcinį šildytuvą, kurio galia 125kw. Tada įkaitinta forma užpildoma tos pačios temperatūros išlydytu nikelio pagrindu pagamintu superlydiniu CMSX-4 ir skirtingais greičiais ištraukiama iš krosnies kaitinimo zonos į aušinimo zoną. Ištraukimo greitis yra 3 mm/min starterio ir selektoriaus srityse ir 12 mm/min ašmenų srityje [1 pav. (k)]. Ištisinėje zonoje (perėjimo zonoje nuo separatoriaus iki ašmenų) ištraukimo greitis palaipsniui didėja.
