1 Aviacijos dujų turbinos variklių kūrimas
Didėjant orlaivių eksploatacinėms transporto, karinių, gamybos ir kitų tikslų veiklos reikalavimams, ankstyviausi stūmoklio varikliai nebegalėjo patenkinti greitųjų skrydžio poreikių. Todėl nuo šeštojo dešimtmečio dujų turbinų varikliai pamažu tapo pagrindiniai.
1928 m. Seras Frankas Whittle'as iš Jungtinės Karalystės savo baigimo tezėje pabrėžė „būsimą orlaivių projektavimo plėtrą“, studijuodamas karo akademijoje, kuri tuo metu pagal technines žinias būsimas sraigto variklių vystymasis negalėjo prisitaikyti prie didelio aukščio ar skrydžio greičio poreikių, viršijančių 800 km/h. Pirmiausia jis pasiūlė koncepciją, kuri dabar vadinama reaktyviniu varikliu (variklio variklis): Suspaustas oras yra tiekiamas į degimo kamerą (degimas) per tradicinį stūmoklį, o generuojamos aukštos temperatūros dujos yra tiesiogiai naudojamos skrydžiui vartoti, o tai gali būti laikoma sraigto varikliu ir degimo kameros dizainu. Vėlesniuose tyrimuose jis atsisakė idėjos naudoti sunkų ir neefektyvų stūmoklį ir pasiūlė naudoti turbiną (turbiną), kad būtų galima suspausti orą degimo kamerai, o turbinos galia buvo gauta iš aukštos temperatūros išmetamųjų dujų. 1930 m. „Whittle“ pateikė prašymą dėl patento, o 1937 m. Jis sukūrė pirmąjį pasaulyje išcentrinį turbokompresoriaus variklį, kuris buvo oficialiai naudojamas 1941 m. „Gloster E.28/39“ orlaiviuose. Nuo tada dujų turbinų varikliai dominavo aviacijos galioje ir yra svarbus šalies mokslinio ir technologinio pramonės lygio ir visapusiškos nacionalinės stiprumo simbolis.
Orlaivių variklius galima suskirstyti į keturis pagrindinius tipus, atsižvelgiant į jų naudojimą ir struktūrines charakteristikas: turbokompresorių, turbofano variklius, turbošos veleno variklius ir turboproportų variklius:
Aviacijos dujų turbinos varikliai yra vadinami „TurbOJET“ varikliais, kurie yra ankstyviausi naudojami dujų turbinos varikliai. Žvelgiant iš traukos požiūrio, turbokompresorių varikliai yra paprasčiausi ir tiesioginiai varikliai. Priežastys priklauso nuo reakcijos jėgos, kurią sukelia greitaeigis sūkurys. Tačiau greitaeigis oro srautas tuo pačiu metu pašalina daug šilumos ir kinetinės energijos, sukeldamas didelį energijos praradimą.
Turbofano variklis padalija orą, tekantį į variklį į du kelius: vidinį ortakį ir išorinį ortakį, o tai padidina bendrą oro srautą ir sumažina vidinio ortakio oro srauto išmetimo temperatūrą ir greitį.
Turbinos veleno ir turbopropo varikliai nesukelia traukos oro srauto įpurškimo, todėl išmetimo temperatūra ir greitis yra labai sumažėjęs, šiluminis efektyvumas yra palyginti didelis, o variklio degalų sąnaudų greitis yra žemas, o tai tinka tolimojo nuotolio orlaiviams. Propelerio greitis paprastai nesikeičia, o skirtingos traukos gaunamos sureguliuojant ašmenų kampą.
„Propfan“ variklis yra variklis tarp turbopropo ir turbofan variklių. Jį galima suskirstyti į „Propfan“ variklius su kanalizuotais sraigto atvejais ir „Propfan“ varikliais be kanalų sraigto atvejų. „PropFan“ variklis yra pats konkurencingiausias naujas energijos taupymo variklis, tinkamas subsoniniam skrydžiui.
Civiliniai aviacijos ir kosmoso varikliai išgyveno daugiau nei pusę amžiaus. Variklio struktūra nuo ankstyvojo išcentrinio turbinos variklio išsivystė iki vieno rotorinio ašinio srauto variklio, nuo dviejų rotoriaus turboreaktyvių variklių iki mažo aplinkkelio santykio turbofano variklio, o po to-iki aukšto apvedimo santykio turbofano variklio. Struktūra buvo nuolat optimizuota siekiant efektyvumo ir patikimumo. Turbinos įleidimo temperatūra buvo tik 1200-1300 k pirmosios kartos turbokompresoriaus varikliuose 1940–1950 m. Kiekvienam orlaivio atnaujinimui jis padidėjo maždaug 200 k. Iki devintojo dešimtmečio ketvirtosios kartos pažangių naikintuvų turbinos įleidimo temperatūra pasiekė 1800-2000 k [1].
Išcentrinio oro kompresoriaus principas yra tas, kad sparnuotė varo dujas, kad sukasi dideliu greičiu, kad dujos sukuria išcentrinę jėgą. Dėl dujų plėtimo slėgio srauto sparnuotėse padidėja srautas ir slėgis, praeinant per sparnuotę, o suspaustas oras nuolat gaminamas. Jis turi trumpą ašinį matmenį ir aukštą vienos pakopos slėgio santykį. „Axialflow“ oro kompresorius yra kompresorius, kurio metu oro srautas iš esmės teka lygiagrečiai besisukančio sparnuotės ašiai. Ašinio srauto kompresoriaus susideda iš kelių etapų, kiekviename etape yra rotoriaus ašmenų eilutė ir vėlesnė statoriaus ašmenų eilutė. Rotorius yra darbiniai ašmenys ir ratas, o statorius yra vadovas. Oras pirmiausia pagreitėja rotoriaus ašmenimis, lėtėja ir suspausta statoriaus ašmenų kanale ir kartojamas kelių pakopų ašmenimis, kol bendras slėgio santykis pasieks reikiamą lygį. Ašinio srauto kompresorius turi nedidelį skersmenį, kuris yra patogus kelių pakopų tandemui naudoti norint gauti didesnį slėgio santykį.
Turbofano varikliai paprastai naudoja aplinkkelio santykį, variklio slėgio santykį, turbinos įleidimo temperatūrą ir ventiliatoriaus slėgio santykį kaip projektinius parametrus:
Aktolio santykis (BPR): dujų masės, tekančios per išleidimo kanalus, masės santykis ir dujų masė, tekanti per variklio vidinius kanalus. Rotorius, esančio turbokompresoriaus variklio priekyje, paprastai vadinamas žemo slėgio kompresoriumi, o rotorius, esančio turbofano variklio priekyje, paprastai vadinamas ventiliatoriumi. Per žemo slėgio kompresorių praeina slėginės dujos, einančios per visas turbokompresoriaus variklio dalis; Per ventiliatorių einančios dujos yra padalintos į vidinius ir išorinius kanalus. Nuo turbofano variklių atsiradimo BPR didėjo, ir ši tendencija ypač akivaizdi civiliniuose turbofano varikliuose.
Variklio slėgio santykis (EPR): bendro slėgio prie purkštuko išleidimo angos santykis ir bendras slėgis prie kompresoriaus įleidimo angos.
Turbinos įleidimo imperatūra: degimo kameros temperatūra išmetimas, kai ji patenka į turbiną.
Ventiliatoriaus suspaudimo santykis: taip pat vadinamas suspaudimo santykiu, dujų slėgio santykis kompresoriaus išleidimo angoje ir dujų slėgyje esančiame įleidimo angoje.
Du efektyvumas:
Šiluminis efektyvumas: tai, kaip efektyviai variklis paverčia degimo šilumos energiją į mechaninę energiją.
Varymo efektyvumas: variklio sukuriamos mechaninės energijos dalis, naudojama orlaiviui vartoti, proporcijos.
第一篇结束
2 turbinų ašmenų kūrimas
Iteracinis vystymasis
Paimant turbofano variklį kaip pavyzdį, ašmenų vertė sudaro net 35%, ir jie yra kritinė orlaivių variklių gamybos komponentas. Varikliui yra 3, 000 iki 4, 000 aviacijos ašmenys, kuriuos galima suskirstyti į tris kategorijas: ventiliatoriaus ašmenis, kompresoriaus ašmenis ir turbinos ašmenis. Turbinų ašmenų vertė yra didžiausia, siekianti 63%. Tuo pat metu tai taip pat yra ašmenys, turintys didžiausią gamybos sunkumų ir gamybos sąnaudas turbofano varikliuose [2].
Aštuntajame dešimtmetyje JAV pirmosios naudojo PWA1422 kryptinio kietėjimo ašmenis kariniuose ir civiliuose orlaivių varikliuose.
Po devintojo dešimtmečio trečiosios kartos variklio traukos ir svorio santykis padidėjo iki daugiau nei 8, o turbinų ašmenys pradėjo naudoti pirmosios kartos SX, PWA1480, Renén4, CMSX -2 ir Kinijos DD3. Jo temperatūros talpa yra 80K didesnė nei geriausio kryptinio kietėjimo, liejančio aukštos temperatūros lydinio PWA1422. Privalumai. Kartu su plėvelės aušinimo vieno kanalo tuščiaviduriu technologija, turbinų ašmenų veikimo temperatūra pasiekia 1600-1750 k. .
Ketvirtosios kartos „Turbofan“ variklis naudoja antros kartos SXPWA1484, Renén5, CMSX -4 ir DD6. Pridedant RE elementus ir daugiakanalę aukšto slėgio oro aušinimo technologiją, turbinos ašmenų veikimo temperatūra siekia 1800K -2000 k. 2000 ir 100 val. Pasitraukimas siekia 140MPa.
Trečiosios kartos SX, sukurtame po 1990 m. Apsaugant sudėtingus aušinimo kanalus ir šilumines barjerines dangas, turbinos įleidimo temperatūra, kurią ji gali atlaikyti, siekia 3000K. Tarpmetalinis junginio lydinys, naudojamas ašmenimis, siekia 2200K, o 100 val. Tareikiantis stiprumas siekia 100MPa.
Šiuo metu kuriami ketvirtosios kartos SX, atstovaujama MC-NG [4], TMS -138 ir kt., O penktosios kartos SX, kurią vaizduoja TMS {-162 ir kt., Jos sudėties būdingas naujų retųjų žemių elementų, tokių kaip RU ir PT, pridėjimas, kuris žymiai pagerina aukštosios temperatūrų šliaužimą. Penktosios kartos aukštos temperatūros lydinio darbo temperatūra pasiekė 1150 laipsnių, o tai yra artima 1226 laipsnio teorinei ribinei veikimo temperatūrai.
3 Nikelio pagrindu sukurtų „Crystal Superalloys“ plėtra
3.1 Nikelio pagrindu pagamintų vieno kristalų superlydų sudėties charakteristikos ir fazės sudėtis
Remiantis matricos elementų tipu, aukštos temperatūros lydinius galima suskirstyti į geležies, nikelio pagrindu pagamintus ir kobalto pagrindu ir toliau suskirstytus į liejimo, kalimo ir miltelių metalurgijos makrostruktūras. Nikelio pagrindu pagaminti lydiniai pasižymi geresniu aukštos temperatūros našumu nei kiti du tipo aukštos temperatūros lydiniai ir ilgą laiką gali veikti atšiaurioje aukštos temperatūros aplinkoje.
Nikelio pagrindu pagamintos aukštos temperatūros lydiniai turi mažiausiai 50% Ni. Dėl jų FCC struktūros jie yra labai suderinami su kai kuriais lydinio elementais. Projektavimo proceso metu pridedami legiruotų elementų skaičius dažnai viršija 10. Pridedamų lydinių elementų bendrumas klasifikuojamas taip: (1) Ni, CO, Fe, CR, Ru, RE, MO ir W yra pirmos klasės elementai, kurie tarnauja kaip austenitu stabilizuojantys elementai; (2) Al, Ti, TA ir NB turi didesnius atominius spindulius, kurie skatina formuojant stiprinimo fazes, tokias kaip junginys Ni3 (Al, Ti, TA, NB), ir yra antros klasės elementai; (3) B, C ir ZR yra trečiosios klasės elementai. Jų atominis dydis yra daug mažesnis nei NI atomų, ir jie lengvai yra atskirti nuo fazės grūdų ribų, vaidinant vaidmenį stiprinant grūdų ribas [14].
Nikelio pagrindu pagamintų vieno kristalo aukštos temperatūros lydinių fazės daugiausia yra: fazė, fazė, karbido fazė ir topologinė uždara fazė (TCP fazė).
Fazė: fazė yra austenito fazė su FCC kristaline struktūra, kuri yra kietas tirpalas, suformuotas tokiais elementais kaip Cr, Mo, CO, W, ir pakartotinai ištirpintos nikelis.
„Fazė:„ Fazė yra Ni3 (Al, Ti) tarpmetalinis FCC junginys, kuris susidaro kaip kritulių fazė ir palaiko tam tikrą nuoseklumą ir neatitikimą su matricos faze, joje gausu Al, Ti, TA ir kitų elementų.
Karbido fazė: pradedant nuo antrosios kartos nikelio pagrindu sukurtos SX, pridedamas nedidelis C kiekis, todėl atsiranda karbidai. Matricoje išsklaidyta nedidelis kiekis karbidų, o tai tam tikru mastu pagerina aukštos temperatūros lydinio efektyvumą. Paprastai jis yra padalintas į tris tipus: MC, M23C6 ir M6C.
TCP fazė: Paslauginimo senėjimo atveju, per dideli ugniai atsparios elementai, tokie kaip CR, MO, W, ir RE skatina TCP fazės nusodinimą. TCP paprastai susidaro plokštelės pavidalu. Plokštės struktūra daro neigiamą poveikį elastingumui, šliaužimui ir nuovargio savybėms. TCP fazė yra vienas iš šliaužimo plyšimo įtrūkimų šaltinių.
Stiprinimo mechanizmas
Nikelio pagrindu pagamintų superlydų stiprumas atsiranda sujungus kelis kietėjimo mechanizmus, įskaitant kietą tirpalo stiprinimą, kritulių stiprinimą ir terminį apdorojimą, kad padidintų dislokacijos tankį ir sukurtų dislokacijos substruktūrą, kad būtų stiprinama.
Kietojo tirpalo kietėjimas yra pagerinti pagrindinį stiprumą, pridedant skirtingus tirpius elementus, įskaitant CR, W, CO, MO, RE ir Ru.
Skirtingi atominiai spinduliai sukelia tam tikrą atominės gardelės iškraipymą, kuris slopina dislokacijos judėjimą. Kietojo tirpalo stiprinimas padidėja didėjant atominio dydžio skirtumui.
Kietojo tirpalo stiprinimas taip pat sumažina krovimo gedimo energiją (SFE), daugiausia slopindamas dislokacijos kryžminį slydimą, kuris yra pagrindinis ne idealių kristalų deformacijos būdas aukštoje temperatūroje.
Atominės grupės arba trumpojo nuotolio tvarkos mikrostruktūros yra dar vienas mechanizmas, padedantis sustiprėti per kietą tirpalą. RE atomai SX segregate tempimo įtempio regione dislokacijos šerdyje esančioje / 'sąsajoje, sudarydami „Cottrell atmosferą“, kuri efektyviai neleidžia judėti dislokacijai ir įtrūkimų sklidimui. (Tiriamieji atomai yra sutelkti į tempimo įtempių dislokacijų plotą, mažinant gardos iškraipymą, sudarant koriolis dujų struktūrą ir sukuria stiprų kietą tirpalo stiprinimo efektą. Poveikis padidėja didėjant tirpiosios atomo koncentracijai ir padidėjus dydžio skirtumui).
Re, W, MO, Ru, Cr ir Co veiksmingai sustiprina fazę. Kietas matricos tirpalo stiprinimas vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį šliaužiant nikelio pagrindu pagamintus aukštos temperatūros lydinius.
Kritulių kietėjimo efektui įtakos turi fazės tūrio dalis ir dydis. Aukštos temperatūros lydinių sudėties optimizavimo tikslas daugiausia yra siekiant padidinti fazės tūrio dalį ir pagerinti mechanines savybes. SX aukštos temperatūros lydiniuose gali būti 65% -75% fazės, todėl jis gali būti geras šliaužimo stiprumas. Tai parodo naudingą maksimalią / 'sąsajos stiprinimo efekto vertę, o tolesnis padidėjimas žymiai sumažės stiprumo. Aukštos temperatūros lydinių, turinčių didelę fazės tūrio frakciją, šliaužimo stipris turi įtakos fazių dalelių dydžiui. Kai fazės dydis yra mažas, dislokacijos paprastai kyla aplink jį, todėl sumažėja šliaužimo stiprumas. Kai dislokacijos yra priverstos pjaustyti fazę, šliaužimo stipris pasiekia maksimalų. Didėjant fazių dalelėms, dislokacijos yra linkusios tarp jų pasilenkti, todėl sumažėja šliaužimo stipris [14].
Yra trys pagrindiniai kritulių stiprinimo mechanizmai:
Grando neatitikimo stiprinimas: „Fazė yra išsklaidyta ir nuosėdoje esanti fazės matricoje nuosekliai. Abu yra FCC struktūros. Grando neatitikimas atspindi nuoseklios sąsajos tarp dviejų fazių stabilumo ir streso būseną. Geriausias atvejis yra tas, kad matrica ir nusodinta fazė turi tą pačią kristalų struktūrą ir gardelės parametrus tos pačios geometrijos, kad fazėje būtų galima užpildyti daugiau nusodintų fazių. Nikelio pagrindu pagamintų aukštos temperatūros lydinių neatitikimo diapazonas yra 01%. RE ir RU akivaizdžiai yra atskirti faze. RE ir RU padidėjimas padidina grotelių neatitikimą.
Tvarkos stiprinimas: Dislokacijos pjovimas sukels sutrikimą tarp matricos ir nusodintos fazės, todėl reikės daugiau energijos
Dislokacijos apvedimo mechanizmas: vadinamas „Orowan“ mechanizmas (Orowan nusilenkimas), tai yra stiprinimo mechanizmas, kurio metu metalo matricos nusodinta fazė trukdo judėti dislokacijai toliau judėti. Pagrindinis principas: Kai judanti dislokacija susiduria su dalele, ji negali praeiti pro šalį, todėl apeina elgesys, dislokacijos linijos augimas ir reikiama varomoji jėga padidėja, todėl padidėja poveikis.
3.3 Aukštos temperatūros lydinio liejimo metodų kūrimas
Anksčiausią lydinį, naudojamą aukštos temperatūros aplinkoje, galima atsekti 1906 m. Nichromo išradimą. Turbo kompresorių ir dujų turbinų variklių atsiradimas skatino esminį aukštos temperatūros lydinių vystymąsi. Pirmosios kartos dujų turbinos variklių ašmenys buvo gaminami išspaudus ir kalimo, o tai akivaizdžiai turėjo tų laikų apribojimus. Šiuo metu aukštos temperatūros lydinio turbinos ašmenys dažniausiai gaminami atliekant investavimo liejimą, ypač kryptinį kietėjimą (DS). DS metodą pirmiausia išrado „Pratt & Whitney“ „Versnyder“ komanda aštuntajame dešimtmetyje [3]. Per dešimtmečius vystymosi, pageidaujama turbinų ašmenų medžiaga pasikeitė iš lygiaverčių kristalų į stulpelius kristalus, o po to optimizuota į vienos kristalų aukštos temperatūros lydinio medžiagas.
DS technologija naudojama stulpeliniam šerdies lydinio SX komponentams gaminti, o tai žymiai pagerina aukštos temperatūros lydinių lankstumą ir šiluminį smūgį. DS technologija užtikrina, kad pagaminti stulpeliniai kristalai turėtų [001] orientaciją, kuri yra lygiagreti pagrindinei dalies įtempių ašiai, o ne atsitiktinei kristalų orientacijai. Iš esmės DS turi užtikrinti, kad išlydyto metalo kietėjimas liejime būtų atliekamas su skysto tiekimo metalu, visada tikrintai.
Stulpelių kristalų liejimas turi atitikti dvi sąlygas: (1) vienpusis šilumos srautas užtikrina, kad kietos skysčio sąsaja grūdų augimo taške juda viena kryptimi; (2) Priešais kietosios skysčio sąsajos judančią kryptį neturi būti jokio branduolio.
Kadangi ašmenų lūžis paprastai atsiranda esant aukštai temperatūrai silpnoje grūdų ribos struktūroje, siekiant pašalinti grūdų ribą, kryptinio kietėjimo proceso metu naudojama kietėjimo pelėsis su „grūdų parinkiklio“ struktūra. Šios struktūros skerspjūvio dydis yra artimas grūdų dydžiui, todėl tik vienas optimaliai užaugęs grūdas patenka į liejimo pelėsio ertmę, o po to auga vieno kristalo pavidalu, kol visas ašmenis sudaro tik vienas grūdas.
Kristalų selektorių galima suskirstyti į dvi dalis: pradinį bloką ir spiralę:
DS proceso pradžioje grūdai pradeda branduoti starto bloko apačioje. Ankstyvoje grūdų augimo etape skaičius yra didelis, dydis yra mažas, o orientacijos skirtumas yra didelis. Vyrauja konkurencinis augimo elgesys tarp grūdų, o šoninės sienos geometrinis blokavimo poveikis yra silpnas. Šiuo metu orientacijos optimizavimo efektas yra akivaizdus; Kai grūdų aukštis pradiniame bloke padidėja, grūdų skaičius mažėja, didėja dydis, o orientacija yra artima. Konkurencinis augimo elgesys tarp grūdų mažėja, o šoninės sienos geometrinis blokavimo poveikis vyrauja, užtikrinant, kad kristalų kryptis gali būti nuolat optimizuota, tačiau orientacijos optimizavimo efektas susilpnėja. Sumažinus starto bloko spindulį ir padidinant pradinio bloko aukštį, į spiralinę sekciją patenkančių grūdų orientacija gali būti efektyviai optimizuota. Tačiau padidinus starto bloko ilgį sutrumpins veiksmingą liejimo augimo erdvę ir suteikiama gamybos ciklo ir paruošimo kaina. Todėl reikia pagrįstai suprojektuoti substrato geometrinę struktūrą.
Pagrindinė spiralės funkcija yra efektyviai pasirinkti pavienius kristalus, o gebėjimas optimizuoti grūdų orientaciją yra silpna. Kai DS procesas vykdomas spiralėje, išlenktas kanalas suteikia erdvės dendritų šakų augimui, o antriniai grūdų dendritai - skysčio linijos kryptimi. Grūdai turi stiprią šoninio vystymosi tendenciją, o grūdų orientacija yra svyruojančios būsenos, turinčios silpną optimizavimo efektą. Todėl grūdų pasirinkimas spiralėje daugiausia priklauso nuo geometrinio restrikcijos pranašumo, konkurencinio augimo pranašumo ir grūdų erdvinio išplėtimo pranašumo spiralinėje segmente [7], o ne augimo pranašumus, susijusius su pageidaujama grūdų orientacijos pranašumu, kuris turi stiprų atsitiktinumą [6]. Todėl pagrindinė kristalų atrankos nesėkmės priežastis yra ta, kad spiralė nevaidina vieno kristalų atrankos vaidmens. Padidinus išorinį spiralės skersmenį, sumažinant žingsnį, spiralės paviršiaus skersmenį ir sumažinant pradinį kampą, kristalų atrankos efektą galima žymiai pagerinti.
Norint paruošti tuščiavidurius vieno kristalų turbinų ašmenis, reikia daugiau nei keliolikos žingsnių (pagrindinio lydinio lydymosi, vieno kristalų membranos apvalkalo paruošimas, sudėtingas konfigūracijos keraminis šerdies paruošimas, lydymosi liejimas, kryptinis kietėjimas, terminis apdorojimas, paviršiaus apdorojimas, šilumos barjerų dangos paruošimas ir kt.). Sudėtingas procesas yra linkęs į įvairius defektus, tokius kaip benamiai grūdai, strazdanos, mažos kampo grūdų ribos, ruožo kristalai, orientacijos nuokrypis, perkristalizacija, didelių kampų grūdų ribos ir kristalų atrankos gedimas.
第2篇结束
4 defektų susidarymas DS procese
Kadangi pažengusiųjų turbinų ašmenų struktūra tampa sudėtingesnė ir didesnės, įvairių kietėjimo defektų, tokių kaip benamiai grūdai, strazdanos, žemo kampo grūdų ribos, dryžuoti kristalai, orientacijos nuokrypis, perkristalizacija, aukšto kampo grūdų ribos ir kristalų atrankos nepakankamumas, labiau tikėtina, kad vienkartinio augimo proceso metu. Turbinų ašmenys pavienių kristalų pavidalu yra didelis liejyklų iššūkis.
Vieno kristalinių turbinų ašmenų problemos daugiausia yra sutelktos į augimo procesą, kuris yra glaudžiai susijęs su vieno kristalų turbinų ašmenų struktūra ir augimo procesu. First, the turbine blade body is thin, the tenon is thick and large, the cross-sectional shape is variable, the curvature varies greatly, the internal cooling structure is extremely complex, and there are many microstructures such as air mold holes and spoiler columns, which lead to tortuous and variable dendrite growth paths and drastic changes in growth rate, which can easily cause dendrite torsion and orientation deviation, and induce solidification defektai. Rimtai, turbinų ašmenų dydžio padidėjimas praplečia vieno kristalo augimo kelią, ypač tolimame vandens aušinimo plokštelės gale. Vėlesniame vieno kristalų augimo etape temperatūros gradientas smarkiai mažėja didėjant atstumui, todėl dendritai auga skirtingai ir padidina kietėjimo defektų tendenciją formuoti [6].
Benamiai grūdai
Įstrigę kristalai nurodo amorfines sritis tarp grūdų ribų ar kristalų, suformuotų dviem ar daugiau kristalų, susipynusių, susiduriančių ar auginančių ar augančius į medžiagą. SX turbinos ašmenų krašto plokštelėje liejimo skerspjūvis staiga pasikeis geometriniu dydžiu, o temperatūros lauko pasiskirstymas šioje srityje yra labai sudėtingas; Tvirtinimo proceso metu lydinio, permirkęs liejimo kraštą, lydinys viršija kritinį lydinio nuklaminimo perteklių, todėl liejimo krašte atsiranda nevienalytė branduolio priemaišų branduolys [9].
Ankstesni tyrimai parodė, kad kai krašto plokštelės dydis yra mažas, aukštesnės eilės originalių grūdų dendritai išauga į krašto plokštelę, o trampo kristalai nėra suformuoti. Didėjant krašto plokštelės dydžiui, pirmiausia susidaro daugybė smulkių tramplinų kristalų vidiniuose krašto plokštės kampuose, o keli tramplino kristalai išauga į krašto plokštelę dendritų pavidalu, slopindami originalius grūdus krašto plokštės centre [6]. Didėjant krašto plokštės dydžiui, krašto plokštės krašte yra didelis aušinimas, lydinio skystis greitai sukietėja ir susidaro didelis kietėjimo susitraukimo įtempis; Šilumos išsklaidymo peiliuko krašto plokštės pereinamojo ploto našumas yra prastas, perteklius yra mažas, o sugeneruotus dendritus sulaužo susitraukimo įtempis, sudarantis tramplino kristalus, augančius krašto plokštės centre [9]. Remiantis eksperimentiniais tyrimais, platformos aukščio sumažinimas, platformos ilgio padidėjimas, išorinė platformos pusė ir lydinio sudėtis su dideliu refrakcinių elementų kiekiu (RE, W, TA, TA, HF) padidina priemaišų kristalų susidarymo tendenciją [10].
Priemaišų kristalų susidarymą krašto plokštelėje galima valdyti, optimizuojant kryptinio kietėjimo procesą (sumažinant kietėjimo greitį), vietinį apdorojimą (padengdami šiluminės atsparumo medžiagomis) ir pridedant sėjos sistemą.
FReckle
Vėlesniame pavienių kristalų ašmenų augimo etape, ypač per atstumą nuo vandens aušinimo plokštės, lengva suformuoti kai kuriuos grandininius, smulkius lygiaverčius grūdus, lygiagrečius kristalų augimo krypčiai. Kadangi defektų paviršius po makroskopinės korozijos rodo akivaizdžius taškus, jis vadinamas strazdanomis arba strazdanų grandinėmis. Šiuo metu turbinų ašmenų struktūra paprastai būna sudėtinga, o aukšto tirpimo taško lydinio elementų kiekis lydinyje ir toliau didėja, todėl padidėja strazdanos susidarymo tendencija.
Susidūrimo mechanizmą daugiausia lemia lydinio skysčio konvekcija, kurią sukelia tirpioji segregacija sukietėjimo metu, taip pat susijęs su antrinių dendritų perdarymu ir pirminių dendritų deformacija. DS procese W ir RE yra praturtinti dendrito kamieno srityje, o Al ir Ta yra praturtinti lydinio skystyje tarp dendritų. Tarp buvusio ir antrojo yra tankio skirtumas. Kai skurdanti zona sukietėja, skirtumas tarp lydinio skysčio tankio skiltelėje zonoje ir skysčio tankis sukietėjimo priekyje padidėja. Sunkiųjų viršutinių ir šviesos dugno tankio pasiskirstymas sukelia lydinio skystį minkštoje zonoje, kai plūdrumo plūdrumas yra aukštyn. Kai viršijamas klampus lydinio skysčio atsparumas gurkšnojančioje zonoje, lydinio skystis minkštoje zonoje bus konvektalus tarp dendritų ir sudarys tam tikro pločio konvekcinio kanalo minkštoje zonoje. Šio lydinio skysčio srautas ištirps arba sulaužys dendritus, kad susidarytų dendrito fragmentai. Jei šie dendrito fragmentai neturi laiko tekėti iš kanalo su lydinio skysčiu ir likti kanale, jie suformuos dėmes ant liejimo paviršiaus, kai kanalas sukietėja [11].
Padidinus TA ir Al lydinio komponentų kiekį ir sumažinus W ir RE kiekį, galite padėti sumažinti strazdanos susidarymo tendenciją. DS procese padidinus traukimo greitį ir padidinus temperatūros gradientą, galite sumažinti strazdanos susidarymo tendenciją. Vibracija gali žymiai susilpninti skysčio fazės konvekciją kryptinio kietėjimo metu, taip sumažinant strazdanos susidarymo tendenciją.
Žemo kampo grūdų riba
Žemo kampo grūdų ribų susidarymas yra susijęs su dendritų orientacijos nuokrypiu, kurį sukelia dendrito deformacija: (1) termomechaninis įtempis, kurį sukelia „fazės nusodinimas pastovaus būsenos augimo metu; (2) pelėsio apvalkalo obstrukcija ir išspaudimas sukelia susitraukimo įtempį dendrituose; (3) tirpioji konvekcija, kurią sukelia nelygus temperatūros laukas minkštoje zonoje, o asimetrinė jėga ant dendritų sukelia plastinę dendritų deformaciją, o tai sukelia kaupiamąjį dendrito orientacijos pokytį. Žemo kampo grūdų riba suformuota nukreipto dendrito ir originalios defleksinio dendrito sankryžoje.
Kai susuka didelio dydžio vieno kristalo ašmenys, S/L sąsajai sunku išlaikyti plokštuminę būseną (įgaubtas, kai traukimo greitis yra didelis, o išgaubtas, kai traukimo greitis yra žemas). Netiesi S/L sąsajos temperatūros gradiento kryptis nesutampa su pavyzdžio ašine kryptimi. Bet kokie kietėjimo proceso svyravimai gali sukelti orientacijos pokyčius, todėl sudaro žemo kampo grūdų ribas. Dėl šių svyravimų kai kurie dendritai gali augti ne pastovioje būsenoje augimo proceso metu nuo išplėtimo zonos iki ašmenų kūno, todėl ašmenų kūno žemo kampo grūdų ribos kampu daugiausia koncentruojama 2 laipsnių -6} diapazone. Tai lemia lydinio kietėjimo savybės, todėl sunku rasti pagrįstą būdą jo išvengti [12].
Mažų kampų grūdų ribų skaičius prailginimo zonoje yra žymiai mažesnis nei ašmenų korpuse, o klaidingas kampas taip pat yra daug mažesnis, tačiau vietų, kurių klaidingi kampai yra mažesni nei 2 laipsniai, skaičius prailginimo zonoje, o ašmenų korpusas yra palyginamas, tai rodo, kad jos turi palyginamus sugebėjimus, kad būtų galima gaminti mažus klaidingus klaidas. Taip yra todėl, kad pratęsimo zona yra ankstyvosiose vieno kristalų augimo etapuose, o dauguma dendritų rodo pastovų būseną, o dendritų skaičius, esant pastoviam augimui prailginimo zonoje ir peiliuko kūne, yra palyginamas.
Dryžuotas kristalas
Strypted Kristalai yra siauros linijinio defekto rūšis liejimo paviršiuje, dažniausiai būna viršutinėje liejimo ašmenų dalyje. Paprastai jie yra maždaug 1 mm pločio ir nuo kelių iki dešimčių mm ilgio, su atpažįstama pradine padėtimi. Paprastai jie išnyksta po kelių centimetrų augimo, tačiau jie taip pat gali išsiplėsti į šoną iki viso peiliuko, išsivystydami nuo linijinio defekto iki trijų matmenų didelio masto defekto ir paverčiant įvairiu kristalų defektu. Streak kristalo kryptis iš esmės iš esmės atitinka dendrito augimo kryptį toje vietoje.
Straipsnių kristalų atsiradimą atsiranda dėl to, kad pagrindinis dendrito kamienas ant liejimo paviršiaus yra nuplėštas minkštoje zonoje, tačiau yra suvirintas likusio skysčio, parodantis akivaizdų atspirties tašką. Pagrindinė šio ašarojimo priežastis yra ta, kad dendrito susitraukimas, kurį sukelia apvalkalo adhezija, labai trukdo, arba dendrito stiprumas smarkiai pažeistas dėl įtraukimo pjovimo. Suplyšęs dendritas patirs tam tikrą bendrą deformaciją, sudarydamas siaurą grūdą, uždarą mažo kampo grūdų riba ant matricos struktūros [12].
Perkristalizacija
SX daugiausia sudaro fazė ir „fazė - eutektikos derinio pavidalu. Kai vietinė energija yra didelė dėl deformacijos įtempio koncentracijos vietinėje paviršiaus rajone, o tada, kai ji pasiekia tam tikrą temperatūrą vėlesniame kaitinime, fazė ištirpsta viename kristalo lydinyje. Po tirpimo labai lengva suformuoti ląstelių struktūrą fazės tirpimo srityje. SX paviršiaus perkristalizavimas pirmiausia prasideda dendrito strypo paviršiaus srityje. Pradinė organizacija yra ląstelių. Tada grūdai pradeda palaipsniui augti į eutektinę fazę / 'plotą, kuriame yra šiurkščiavilnių' fazės. Perkristalintų grūdų augimą lydi aiški sąsaja tarp „kristalų grūdų ir matricos“ [13]. Svarbi perkristalintų grūdų susidarymo sąlyga: liejimo fazės ištirpimas.
