Vienkristālu asmeņu virziena sacietēšana rūpnieciskos apstākļos, izmantojot izstrādāto gaisa dzesēšanas liešanas metodi
Šajā rakstā tika pētīta gāzes dzesēšanas ietekme uz monokristālu lāpstiņu mikrostruktūras uzlabošanu, kas iegūta ar DGCC gāzes dzesēšanas liešanas procesu. Primārā dendrīta roku atstarpe (PDAS) sasniedz augstāko vērtību aerodinamiskajā spārnā un zemāko vērtību lāpstiņas platformā. Tomēr, ja tiek izmantota Bridžmena metode, PDAS vērtība mainās gar asmeni pretējā virzienā. DGCC gāzes dzesēšanas liešanas metode samazina PDAS vērtību lāpstiņas platformā par aptuveni 100 μm, salīdzinot ar parasto starojuma dzesēšanu.
Niķeļa bāzes supersakausējuma virziena sacietēšanas procesā dendrīta struktūra tiek pilnveidota, samazinot primāro dendrīta roku atstarpi (PDAS) un palielinot aksiālo temperatūras gradientu sacietēšanas frontē, lai uzlabotu atsevišķa darba temperatūru un mehāniskās īpašības. kristāla asmeņi. Bridžmena metodē starojuma siltuma pārnese starp apstrādājamo priekšmetu un krāsni stipri ierobežo veidņu apvalka dzesēšanas efektivitāti, tādējādi samazinot temperatūras gradientu un neveicinot dendrīta mikrostruktūras pilnveidošanu. Tāpēc, lai uzlabotu monokristālu kvalitāti un procesa iznākumu, ir izstrādātas alternatīvas virziena sacietēšanas metodes, piemēram, šķidrā metāla dzesēšana (LMC), gāzes dzesēšanas liešana (GCC), lejupvērsta sacietēšana (DWDS) un verdošā oglekļa slāņa dzesēšana. metode (FCBC).
Iepriekš minētajās metodēs papildus radiācijas dzesēšanai galvenokārt tiek izmantota konvekcijas dzesēšana, lai uzlabotu veidņu apvalka virsmas siltuma ekstrakcijas efektivitāti. Šķidrā metāla dzesēšanas (LMC) un šķidrā oglekļa slāņa dzesēšanas (FCBC) metodēs veidnes apvalks tiek iegremdēts attiecīgi dzesēšanas vannā un verdošā slānī. Gāzi dzesētās liešanas (GCC) un lejupvērstās sacietēšanas (DWDS) metodēs gāze tiek ievadīta korpusa virsmā, lai atdzesētu lējumu, kad tas pārvietojas no krāsns sildīšanas zonas. Asmeņu ražošanas metožu nepārtraukta attīstība, izmantojot inertās dzesēšanas gāzes, parāda šo metožu lielo potenciālu, jo izmaksas ir salīdzinoši zemas, salīdzinot ar LMC šķidrā metāla dzesēšanas metodi, savukārt sagataves mikrostruktūra ir uzlabota salīdzinājumā ar Bridžmena metodi. Konters et al. demonstrēja metodi lielu gāzturbīnu (IGT) lāpstiņu izgatavošanai, izmantojot inertas atdzesētas gāzes, savukārt Wang et al. izmantoja šo metodi mazu aviācijas turbīnu lāpstiņu ražošanai. Tas ir pietiekami, lai pierādītu, ka inertas dzesēšanas gāzes izmantošana ir efektīvs veids, kā efektīvi uzlabot temperatūras gradientu un pilnveidot dendrīta struktūru. Lai gan šīs metodes ir efektīvas, tām var būt ļoti ierobežots pielietojums lāpstiņu ražošanā rūpnieciskā mērogā, jo īpaši, ja sarežģītos presformas apvalkos vienlaikus tiek ievietoti vairāki lējumi.
Izmantojot kompleksu apvalku ar daudzām sastāvdaļām, siltuma vairoga pielāgošana korpusa ārējam profilam var būt ļoti sarežģīta. Tas izraisa gāzes potenciālu plūsmu uz augšu starp komponentiem, kas neveicina pelējuma apvalka dzesēšanu, kas atrodas apkures kamerā krāsns iekšpusē. Savukārt sprauslas pārvietošana uz leju virzienā uz ar ūdeni dzesējamu gredzenu var samazināt inertās gāzes plūsmas termisko ietekmi uz lējuma pastas apgabala sacietēšanu. Publicētā papīra analīze parāda, ka virziena sacietēšanas metodēm, kurās izmanto dzesēšanas gāzes, ir liels potenciāls. Tomēr pašlaik nav informācijas par šīs metodes pielietošanu sarežģītām keramikas veidņu ražošanas asmeņiem ar vairākiem komponentiem. Tāpēc Sikovok mēģināja izstrādāt rūpnieciska mēroga virziena sacietēšanas tehnoloģiju uz niķeļa bāzes izgatavotām supersakausējuma turbīnu lāpstiņām, izmantojot inertas gāzes dzesēšanas veidņu apvalkus, ko sauc par attīstīto gāzes dzesēšanas liešanas (DGCC) uzlaboto gāzes dzesēšanas liešanas metodi. Šajā pētījumā veidnes apvalks tika atdzesēts, iesmidzinot inertu gāzi virsskaņas ātrumā no vairākām sprauslām, kas atrodas zem siltuma vairoga. Mainīga leņķa sprauslu izmantošana var pareizi novirzīt inertās gāzes plūsmu uz sarežģītas formas apvalka virsmu ar vairākiem lējumiem. Pētījumā konstatēts, ka gāzes dzesēšanas izmantošana palīdzēja palielināt dzesēšanas ātrumu un samazināt primāro dendrīta roku atstarpi (PDAS) uz viena kristāla asmeņu platformas, salīdzinot ar parasto radiācijas dzesēšanu pēc Bridžmena metodes. Sākotnējie rezultāti liecina, ka DGCC gāzes dzesēšanas liešanas metodi var izmantot rūpnieciska mēroga ražošanā, lai ražotu augstas kvalitātes viena kristāla supersakausējuma lāpstiņas aviācijas dzinējiem.
CMSX-4 niķeļa bāzes supersakausējumu testa lējumi tika virzīti cietināti, izmantojot standarta Bridžmena un DGCC gāzes dzesēšanas lējumu, lai iegūtu simulētus asmeņus. Šim nolūkam tika izgatavotas divu veidu vaska veidņu sastāvdaļas kā keramikas veidņu čaulu izgatavošanas pamats [1. (f) un (g) attēls]. Vaska veidņu komplektos ietilpst 250 mm diametra dzesēšanas plāksnes modelis, ieliešanas sistēma, ieliešanas kauss, astoņi imitēti asmeņi un kristāla savācēji un pacēlāji.
Asmeņi ir novietoti, kā parādīts 1. attēlā (f). Pēc tam komponenti tiek iegremdēti keramikas suspensijā, kam seko alumīnija oksīda daļiņas, kas pārkaisa verdošā slānī, veidojot pirmo veidnes apvalka pārklājumu. Otrajā kārtā tika izmantots mullīts. Iepriekš minētās divas darbības tika atkārtotas, lai iegūtu kopumā deviņus slāņus ar vidējo biezumu aptuveni 7 mm korpusa sieniņai [1. attēls (g)].
Vaska veidne kūst no veidnes apvalka iekšpuses, kas pēc tam tiek uzkarsēta līdz 800 grādiem pēc Celsija. Uzstādiet sagatavoto veidnes apvalku uz dzesēšanas kameras aukstās plāksnes krāsnī [1. attēls (b)]. Pirmais monokristāla lāpstiņas virziena sacietēšanas solis tika veikts ar DGCC gāzes dzesēšanas liešanas metodi JetCaster vakuuma indukcijas kausēšanas krāsnī, un, lai stiprinātu veidņu dzesēšanu, tika pievienota argona gāze. Krāsns sastāv no sildīšanas un dzesēšanas kameras, veidņu apvalka vilkšanas sistēmas ar noteiktu ātrumu un ir aprīkota ar sistēmu, kas var iepludināt inertas gāzes dzesēšanas kamerā [1. attēls (a) līdz (c)]. Apvalks tiek uzstādīts uz dzesēšanas plāksnes un tiek pārvietots uz sildīšanas kameru krāsns iekšpusē, kas tiek uzkarsēta līdz 1520 grādiem pēc Celsija, izmantojot dubultzonu indukcijas sildītāju ar jaudu 125kw. Pēc tam uzkarsēto veidni piepilda ar CMSX-4 izkausētu supersakausējumu uz niķeļa bāzes ar tādu pašu temperatūru un ar dažādu ātrumu izvelk no krāsns sildīšanas zonas uz dzesēšanas zonu. Izvilkšanas ātrums ir 3 mm/min startera un selektora apgabalā un 12 mm/min lāpstiņas apgabalā [1. attēls (k)]. Nepārtrauktajā zonā (pārejas zonā no separatora uz asmeni) izvilkšanas ātrums pakāpeniski palielinās.
