1 Pengembangan enjin turbin gas penerbangan
Memandangkan keperluan prestasi pesawat untuk pengangkutan, ketenteraan, pengeluaran dan tujuan lain meningkat, enjin omboh terawal tidak lagi dapat memenuhi keperluan penerbangan berkelajuan tinggi. Oleh itu, sejak tahun 1950 -an, enjin turbin gas secara beransur -ansur menjadi arus perdana.
Pada tahun 1928, Sir Frank Whittle dari United Kingdom menegaskan dalam tesis tamat pengajiannya "Pembangunan Masa Depan dalam Reka Bentuk Pesawat" semasa belajar di Akademi Ketenteraan yang di bawah pengetahuan teknikal pada masa itu, perkembangan masa depan enjin kipas tidak dapat menyesuaikan diri dengan keperluan ketinggian tinggi atau kelajuan penerbangan melebihi 800km/h. Beliau mula-mula mencadangkan konsep apa yang kini dipanggil enjin jet (enjin motor): udara termampat disediakan untuk ruang pembakaran (pembakaran) melalui omboh tradisional, dan gas suhu tinggi yang dihasilkan secara langsung digunakan untuk mendorong penerbangan, yang boleh dianggap sebagai enjin kipas ditambah reka bentuk ruang pembakaran. Dalam penyelidikan berikutnya, beliau meninggalkan idea menggunakan omboh berat dan tidak cekap dan dicadangkan menggunakan turbin (turbin) untuk menyediakan udara termampat ke ruang pembakaran, dan kuasa turbin diperoleh dari gas ekzos suhu tinggi. Pada tahun 1930, Whittle memohon paten, dan pada tahun 1937, beliau telah membangunkan enjin turbojet sentrifugal pertama di dunia, yang secara rasmi digunakan dalam pesawat Gloster E.28/39 pada tahun 1941. Sejak itu, enjin turbin gas telah menguasai kuasa penerbangan dan merupakan simbol penting bagi tahap industri saintifik dan teknologi negara yang komprehensif.
Enjin pesawat boleh dibahagikan kepada empat jenis asas mengikut penggunaan dan ciri -ciri struktur mereka: enjin turbojet, enjin turbofan, enjin turboshaft, dan enjin turboprop:
Enjin turbin gas penerbangan dirujuk sebagai enjin turbojet, yang merupakan enjin turbin gas terawal yang digunakan. Dari perspektif cara teras dihasilkan, enjin turbojet adalah enjin yang paling mudah dan paling langsung. Penalaran bergantung pada daya tindak balas yang dihasilkan oleh suntikan berkelajuan tinggi vorteks. Walau bagaimanapun, aliran udara berkelajuan tinggi mengambil banyak haba dan tenaga kinetik pada masa yang sama, menyebabkan kehilangan tenaga yang besar.
Enjin turbofan membahagikan udara yang mengalir ke dalam enjin ke dalam dua laluan: saluran dalaman dan saluran luar, yang meningkatkan jumlah aliran udara dan mengurangkan suhu ekzos dan kelajuan aliran udara saluran dalaman.
Enjin turboshaft dan turboprop tidak menjana tujahan dengan suntikan aliran udara, jadi suhu dan kelajuan ekzos dikurangkan, kecekapan haba agak tinggi, dan kadar penggunaan bahan api enjin adalah rendah, yang sesuai untuk pesawat jarak jauh. Kelajuan kipas umumnya tidak berubah, dan teras yang berbeza diperolehi dengan menyesuaikan sudut bilah.
Enjin Propfan adalah enjin antara enjin turboprop dan turbofan. Ia boleh dibahagikan kepada enjin propfan dengan kes -kes kipas yang dicuci dan enjin propfan tanpa kes kipas yang ditapis. Enjin Propfan adalah enjin penjimatan tenaga yang paling kompetitif yang sesuai untuk penerbangan subsonik.
Enjin aeroangkasa sivil telah melalui lebih daripada setengah abad pembangunan. Struktur enjin telah berkembang dari enjin turbin empar awal ke enjin aliran paksi tunggal, dari enjin turbojet berkembar ke enjin turbofan nisbah bypass yang rendah, dan kemudian ke enjin turbofan nisbah pintasan tinggi. Struktur ini telah dioptimumkan secara berterusan dengan mengejar kecekapan dan kebolehpercayaan. Suhu masuk turbin hanya 1200-1300 k dalam generasi pertama enjin turbojet pada tahun 1940 -an dan 1950 -an. Ia meningkat kira -kira 200k dengan setiap peningkatan pesawat. Menjelang tahun 1980 -an, suhu masuk turbin jet pejuang maju generasi keempat mencapai 1800-2000 k [1].
Prinsip pemampat udara sentrifugal adalah bahawa pendesak memacu gas untuk berputar pada kelajuan tinggi, sehingga gas menghasilkan daya sentrifugal. Oleh kerana aliran tekanan pengembangan gas dalam pendesak, kadar aliran dan tekanan gas selepas melalui pendesak meningkat, dan udara termampat dihasilkan secara berterusan. Ia mempunyai dimensi paksi pendek dan nisbah tekanan peringkat tunggal yang tinggi. Pemampat udara Axialflow adalah pemampat di mana aliran udara pada dasarnya mengalir selari dengan paksi pendesak berputar. Pemampat aliran paksi terdiri daripada pelbagai peringkat, setiap peringkat mengandungi deretan bilah pemutar dan baris bilah stator berikutnya. Rotor adalah bilah kerja dan roda, dan stator adalah panduan. Udara pertama kali dipercepatkan oleh bilah pemutar, dikurangkan dan dimampatkan dalam saluran bilah stator, dan diulangi dalam bilah multi-stage sehingga nisbah tekanan jumlah mencapai tahap yang diperlukan. Pemampat aliran paksi mempunyai diameter kecil, yang mudah untuk penggunaan tandem pelbagai peringkat untuk mendapatkan nisbah tekanan yang lebih tinggi.
Enjin turbofan biasanya menggunakan nisbah pintasan, nisbah tekanan enjin, suhu masuk turbin, dan nisbah tekanan kipas sebagai parameter reka bentuk:
Nisbah Bypass (BPR): Nisbah jisim gas yang mengalir melalui saluran keluar ke jisim gas yang mengalir melalui saluran dalaman dalam enjin. Rotor di hadapan enjin turbojet biasanya dipanggil pemampat tekanan rendah, dan pemutar di hadapan enjin turbofan biasanya dipanggil kipas. Gas bertekanan melalui pemampat tekanan rendah melewati semua bahagian enjin turbojet; Gas yang melalui kipas dibahagikan kepada saluran dalaman dan luaran. Sejak kemunculan enjin turbofan, BPR telah meningkat, dan trend ini sangat jelas dalam enjin turbofan sivil.
Nisbah Tekanan Enjin (EPR): Nisbah jumlah tekanan di outlet muncung ke tekanan total pada salur masuk pemampat.
Kaisar masuk turbin: Suhu pembakaran ruang pembakaran apabila ia memasuki turbin.
Nisbah mampatan kipas: Juga dirujuk sebagai nisbah mampatan, nisbah tekanan gas di outlet pemampat ke tekanan gas di salur masuk.
Dua kecekapan:
Kecekapan Thermal: Ukuran betapa efisien enjin menukarkan tenaga haba yang dihasilkan oleh pembakaran ke dalam tenaga mekanikal.
Kecekapan Propulsion: Ukuran perkadaran tenaga mekanikal yang dihasilkan oleh enjin yang digunakan untuk mendorong pesawat.
第一篇结束
2 pembangunan bilah turbin
Pembangunan Iteratif
Mengambil enjin turbofan sebagai contoh, nilai bilah menyumbang sebanyak 35%, dan mereka adalah komponen kritikal dalam pembuatan enjin pesawat. Dalam enjin, terdapat 3, 000 hingga 4, 000 bilah penerbangan, yang boleh dibahagikan kepada tiga kategori: bilah kipas, bilah pemampat, dan bilah turbin. Nilai bilah turbin adalah yang tertinggi, mencapai 63%. Pada masa yang sama, mereka juga adalah bilah dengan kesukaran pembuatan dan kos pembuatan tertinggi dalam enjin turbofan [2].
Pada tahun 1970 -an, Amerika Syarikat adalah yang pertama menggunakan bilah pemejalan arah PWA1422 dalam enjin pesawat tentera dan awam.
Selepas tahun 1980-an, nisbah tujah-to-berat enjin generasi ketiga meningkat kepada lebih daripada 8, dan bilah turbin mula menggunakan generasi pertama SX, PWA1480, Renén4, CMSX -2 dan DD3 China. Kapasiti galas suhu adalah 80k lebih tinggi daripada pemejalan arah terbaik yang melengkapkan aloi suhu tinggi PWA1422. Kelebihan. Ditambah dengan filem yang menyejukkan teknologi berongga tunggal saluran, suhu operasi bilah turbin mencapai 1600-1750 k. .
Enjin turbofan generasi keempat menggunakan generasi kedua SXPWA1484, Renén5, cmsx -4, dan DD6. Dengan menambahkan elemen semula dan teknologi penyejukan udara bertekanan tinggi pelbagai saluran, suhu operasi bilah turbin mencapai 1800k -2000 k. Pada tahun 2000k dan 100h kekuatan abadi mencapai 140MPa.
SX generasi ketiga yang dibangunkan selepas tahun 1990-an termasuk Renén6, CMRX -10, dan DD9, yang mempunyai kelebihan kekuatan merayap yang sangat jelas terhadap SX generasi kedua. Di bawah perlindungan saluran penyejukan kompleks dan lapisan penghalang terma, suhu masuk turbin ia dapat menahan mencapai 3000k. Aloi kompaun intermetallic yang digunakan dalam bilah mencapai 2200K, dan kekuatan abadi 100h mencapai 100MPa.
Pada masa ini dalam pembangunan adalah generasi keempat SX yang diwakili oleh MC-NG [4], TMS -138, dan sebagainya, dan generasi kelima SX yang diwakili oleh TMS -162, dan lain-lain. Suhu kerja aloi suhu tinggi generasi kelima telah mencapai 1150 darjah, yang hampir dengan suhu operasi had teoritis 1226 darjah.
3 pembangunan superalloys kristal tunggal berasaskan nikel
3.1 Ciri-ciri komposisi dan komposisi fasa superalloys kristal tunggal berasaskan nikel
Menurut jenis elemen matriks, aloi suhu tinggi boleh dibahagikan kepada besi berasaskan besi, berasaskan nikel, dan kobalt, dan selanjutnya dibahagikan kepada pemutus, penempaan, dan serbuk metalurgi. Aloi berasaskan nikel mempunyai prestasi suhu tinggi yang lebih baik daripada dua jenis aloi suhu tinggi dan boleh bekerja untuk masa yang lama dalam persekitaran suhu tinggi yang keras.
Aloi suhu tinggi berasaskan nikel mengandungi sekurang-kurangnya 50% NI. Struktur FCC mereka menjadikan mereka sangat serasi dengan beberapa elemen pengaliran. Bilangan elemen pengaliran yang ditambah semasa proses reka bentuk sering melebihi 10. Kesamaan unsur-unsur pengaliran tambahan diklasifikasikan seperti berikut: (1) Ni, Co, Fe, Cr, Ru, Re, Mo, dan W adalah unsur-unsur kelas pertama, yang berfungsi sebagai elemen penstabilan austenite; (2) Al, Ti, Ta, dan Nb mempunyai radii atom yang lebih besar, yang mempromosikan pembentukan fasa pengukuhan seperti kompaun Ni3 (Al, Ti, Ta, Nb), dan unsur-unsur kelas kedua; (3) B, C, dan ZR adalah elemen kelas ketiga. Saiz atom mereka jauh lebih kecil daripada atom Ni, dan mereka mudah dipisahkan ke sempadan bijian fasa, memainkan peranan dalam pengukuhan sempadan bijian [14].
Fasa aloi suhu tinggi kristal tunggal berasaskan nikel adalah terutamanya: fasa, 'fasa, fasa karbida, dan fasa yang penuh dengan topologi (fasa TCP).
Fasa: Fasa adalah fasa austenit dengan struktur kristal FCC, yang merupakan penyelesaian pepejal yang dibentuk oleh unsur -unsur seperti Cr, Mo, Co, W, dan Re dibubarkan dalam nikel.
'Fasa:' Fasa adalah sebatian intermetallic Ni3 (Al, Ti) FCC, yang dibentuk sebagai fasa pemendakan dan mengekalkan kesesuaian dan ketidakcocokan tertentu dengan fasa matriks, dan kaya dengan Al, Ti, TA dan unsur -unsur lain.
Fasa karbida: Bermula dari generasi kedua SX berasaskan nikel, sejumlah kecil C ditambah, mengakibatkan penampilan karbida. Sebilangan kecil karbida tersebar dalam matriks, yang meningkatkan prestasi suhu tinggi aloi ke tahap tertentu. Ia biasanya dibahagikan kepada tiga jenis: MC, M23C6, dan M6C.
Fasa TCP: Dalam kes penuaan perkhidmatan, unsur -unsur refraktori yang berlebihan seperti Cr, Mo, W, dan mempromosikan pemendakan fasa TCP. TCP biasanya terbentuk dalam bentuk plat. Struktur plat mempunyai kesan negatif terhadap kemuluran, merayap, dan sifat keletihan. Fasa TCP adalah salah satu sumber retak pecah.
Mekanisme pengukuhan
Kekuatan superalloy berasaskan nikel berasal dari gandingan pelbagai mekanisme pengerasan, termasuk pengukuhan penyelesaian pepejal, pengukuhan hujan, dan rawatan haba untuk meningkatkan ketumpatan kehelan dan membangunkan substruktur dislokasi untuk memberikan pengukuhan.
Pengerasan penyelesaian pepejal adalah untuk meningkatkan kekuatan asas dengan menambahkan unsur -unsur larut yang berbeza, termasuk Cr, W, Co, MO, RE, dan RU.
Radii atom yang berbeza membawa kepada tahap penyimpangan kekisi atom tertentu, yang menghalang pergerakan kehelan. Pengukuhan penyelesaian pepejal meningkat dengan peningkatan perbezaan saiz atom.
Pengukuhan penyelesaian pepejal juga mempunyai kesan mengurangkan tenaga kesalahan penyusunan (SFE), terutamanya menghalang slip salib dislokasi, yang merupakan mod ubah bentuk utama kristal bukan ideal pada suhu tinggi.
Kelompok atom atau mikrostruktur pesanan jarak pendek adalah satu lagi mekanisme yang membantu mendapatkan pengukuhan melalui penyelesaian pepejal. RE atom di SX mengasingkan di rantau tegangan tegangan teras dislokasi di antara muka / ', membentuk "atmosfera cottrell", yang berkesan menghalang pergerakan dislokasi dan penyebaran retak. (Atom larut tertumpu di kawasan tegangan tegangan dislokasi kelebihan, mengurangkan herotan kekisi, membentuk struktur gas coriolis, dan menghasilkan kesan pengukuhan penyelesaian pepejal yang kuat. Kesannya meningkat dengan peningkatan kepekatan atom larut dan peningkatan perbezaan saiz)
Re, W, Mo, Ru, Cr, dan Co berkesan mengukuhkan fasa. Penyelesaian penyelesaian pepejal matriks memainkan peranan yang sangat penting dalam kekuatan merayap aloi suhu tinggi berasaskan nikel.
Kesan pengerasan hujan dipengaruhi oleh pecahan isipadu dan saiz fasa '. Tujuan mengoptimumkan komposisi aloi suhu tinggi adalah terutamanya untuk meningkatkan pecahan isipadu 'fasa dan memperbaiki sifat mekanik. Aloi suhu tinggi SX boleh mengandungi 65% -75% daripada 'fasa, mengakibatkan kekuatan merayap yang baik. Ini mewakili nilai maksimum berguna kesan pengukuhan antara muka / ', dan peningkatan selanjutnya akan membawa kepada penurunan kekuatan yang ketara. Kekuatan rayap aloi suhu tinggi dengan pecahan volum fasa tinggi 'dipengaruhi oleh saiz' zarah fasa. Apabila 'saiz fasa kecil, dislokasi cenderung memanjatnya, mengakibatkan penurunan kekuatan rayapan. Apabila dislokasi dipaksa untuk memotong 'fasa, kekuatan rayap mencapai maksimumnya. Oleh kerana 'zarah fasa meningkat dalam saiz, dislokasi cenderung membengkokkan di antara mereka, mengakibatkan penurunan kekuatan rayap [14].
Terdapat tiga mekanisme pengukuhan hujan utama:
Pengukuhan ketidakcocokan kekisi: 'Fasa tersebar dan dicetuskan dalam matriks fasa dengan cara yang koheren. Kedua -duanya adalah struktur FCC. Kesalahan kekisi mencerminkan kestabilan dan tekanan keadaan antara muka yang koheren antara kedua -dua fasa. Kes terbaik ialah matriks dan fasa yang dicetuskan mempunyai struktur kristal dan parameter kekisi yang sama dari geometri yang sama, supaya lebih banyak fasa yang dicetuskan dapat diisi dalam fasa. Pelbagai ketidakcocokan aloi suhu tinggi berasaskan nikel adalah 01%. Re dan Ru jelas dipisahkan dengan fasa. Peningkatan RE dan RU meningkatkan ketidakcocokan kekisi.
Pengukuhan pesanan: Pemotongan kehelan akan menyebabkan gangguan antara matriks dan fasa yang dicetuskan, memerlukan lebih banyak tenaga
Mekanisme pintasan dislokasi: Dipanggil mekanisme orowan (bowing orowan), ia adalah mekanisme pengukuhan di mana fasa yang dicetuskan dalam matriks logam menghalang dislokasi dalam gerakan dari terus bergerak. Prinsip Asas: Apabila kehelan bergerak menemui zarah, ia tidak dapat melewati, mengakibatkan tingkah laku yang melampaui batas, pertumbuhan garis kehelan, dan peningkatan daya penggerak yang diperlukan, mengakibatkan pengukuhan kesan.
3.3 Pembangunan kaedah pemutus aloi suhu tinggi
Aloi terawal yang digunakan dalam persekitaran suhu tinggi dapat dikesan kembali ke ciptaan Nichrome pada tahun 1906. Kemunculan pemampat turbo dan enjin turbin gas merangsang perkembangan besar aloi suhu tinggi. Bilah generasi pertama enjin turbin gas dihasilkan oleh penyemperitan dan penempaan, yang jelas mempunyai batasan masa. Pada masa ini, bilah turbin aloi suhu tinggi kebanyakannya dibuat oleh pemutus pelaburan, pemejalan arah khusus (DS). Kaedah DS pertama kali dicipta oleh pasukan Versnyder Pratt & Whitney di Amerika Syarikat pada tahun 1970 -an [3]. Dalam dekad pembangunan, bahan pilihan untuk bilah turbin telah berubah dari kristal equiaxed ke kristal kolumnar, dan kemudian dioptimumkan kepada bahan aloi suhu tinggi kristal tunggal.
Teknologi DS digunakan untuk menghasilkan komponen aloi teras kolumnar SX, yang secara signifikan meningkatkan kemuluran dan rintangan kejutan terma aloi suhu tinggi. Teknologi DS memastikan bahawa kristal kolumnar yang dihasilkan mempunyai orientasi [001], yang selari dengan paksi tekanan utama bahagian, bukannya orientasi kristal secara rawak. Pada dasarnya, DS perlu memastikan bahawa pemejalan logam cair dalam pemutus dilakukan dengan logam suapan cecair yang sentiasa dalam keadaan yang hanya disusun.
Pemutus kristal kolumnar perlu memenuhi dua syarat: (1) aliran haba sehala memastikan bahawa antara muka pepejal pepejal di titik pertumbuhan bijirin bergerak ke satu arah; (2) Tidak ada nukleasi di hadapan arah bergerak antara muka pepejal-cecair.
Kerana patah bilah biasanya berlaku dalam struktur lemah suhu tinggi sempadan bijian, untuk menghapuskan sempadan bijian, acuan pemejalan dengan struktur "pemilih bijirin" digunakan semasa proses pemejalan arah. Saiz keratan rentas struktur ini adalah dekat dengan saiz bijirin, sehingga hanya satu bijirin yang optimum memasuki rongga acuan pemutus, dan kemudian terus tumbuh dalam bentuk kristal tunggal sehingga seluruh bilah terdiri hanya satu bijirin.
Pemilih kristal boleh dibahagikan kepada dua bahagian: blok permulaan dan lingkaran:
Pada permulaan proses DS, bijirin mula nukleat di bahagian bawah blok permulaan. Pada peringkat awal pertumbuhan bijirin, bilangannya besar, saiznya kecil, dan perbezaan orientasi adalah besar. Tingkah laku pertumbuhan yang kompetitif di antara bijirin menguasai, dan kesan menghalang geometri dinding sisi lemah. Pada masa ini, kesan pengoptimuman orientasi adalah jelas; Apabila ketinggian bijirin di blok permulaan meningkat, bilangan bijirin berkurangan, saiz meningkat, dan orientasi adalah dekat. Tingkah laku pertumbuhan yang kompetitif di antara bijirin berkurangan, dan kesan menghalang geometri dinding sisi menguasai, memastikan arah kristal dapat dioptimumkan secara berterusan, tetapi kesan pengoptimuman orientasi lemah. Dengan mengurangkan jejari blok permulaan dan meningkatkan ketinggian blok permulaan, orientasi bijirin yang memasuki bahagian lingkaran dapat dioptimumkan dengan berkesan. Walau bagaimanapun, meningkatkan panjang blok permulaan akan memendekkan ruang pertumbuhan berkesan pemutus, dan memberi anda kitaran pengeluaran dan kos penyediaan. Oleh itu, adalah perlu untuk merancang struktur geometri substrat yang munasabah.
Fungsi utama lingkaran adalah untuk memilih kristal tunggal dengan cekap, dan keupayaan untuk mengoptimumkan orientasi bijirin lemah. Apabila proses DS dijalankan dalam lingkaran, saluran melengkung menyediakan ruang untuk pertumbuhan cawangan dendrite, dan dendrit sekunder dari bijirin maju ke arah garis cecair. Biji -bijian mempunyai trend pembangunan lateral yang kuat, dan orientasi bijirin berada dalam keadaan yang berubah -ubah, dengan kesan pengoptimuman yang lemah. Oleh itu, pemilihan bijirin dalam lingkaran terutamanya bergantung kepada kelebihan sekatan geometri, kelebihan pertumbuhan yang kompetitif, dan kelebihan pengembangan spatial dari bijirin dalam segmen lingkaran [7], dan bukannya kelebihan pertumbuhan orientasi pilihan bijirin, yang mempunyai rawak yang kuat [6]. Oleh itu, sebab utama kegagalan pemilihan kristal adalah bahawa lingkaran tidak memainkan peranan pemilihan kristal tunggal. Dengan meningkatkan diameter luar lingkaran, mengurangkan padang, diameter permukaan lingkaran, dan mengurangkan sudut permulaan, kesan pemilihan kristal dapat bertambah baik.
Penyediaan bilah turbin kristal tunggal yang berongga memerlukan lebih daripada sedozen langkah -langkah (peleburan aloi induk, penyediaan shell membran kristal tunggal, penyediaan teras seramik konfigurasi kompleks, pemutus cair, pemejalan arah, rawatan haba, rawatan permukaan, penyediaan salutan halangan termal, dan lain -lain). Proses kompleks terdedah kepada pelbagai kecacatan, seperti bijirin liar, bintik -bintik, sempadan bijian sudut kecil, kristal coretan, sisihan orientasi, penghabluran semula, sempadan bijian sudut besar, dan kegagalan pemilihan kristal.
第2篇结束
4 Pembentukan kecacatan dalam proses DS
Oleh kerana struktur bilah turbin maju menjadi lebih kompleks dan lebih besar dalam saiz, pelbagai kecacatan pemejalan seperti bijirin liar, bintik-bintik, sempadan bijirin rendah, kristal berukuran, sisihan orientasi, recrystallization, sempadan bijian sudut tinggi, dan kegagalan pemilihan kristal lebih cenderung berlaku semasa proses pertumbuhan tunggal. Bilah turbin pemutus dalam bentuk kristal tunggal adalah satu cabaran yang besar untuk foundries.
Masalah yang ada dalam bilah turbin kristal tunggal terutamanya tertumpu dalam proses pertumbuhan, yang berkait rapat dengan struktur dan proses pertumbuhan bilah turbin kristal tunggal. Pertama, badan bilah turbin nipis, tenon tebal dan besar, bentuk keratan rentas adalah berubah-ubah, kelengkungan sangat berbeza-beza, struktur penyejukan dalaman sangat kompleks, dan terdapat banyak struktur mikro seperti lubang acuan udara dan lajur spoiler, yang menyebabkan penandaan dan perubahan. Lebih serius, peningkatan saiz bilah turbin akan memanjangkan laluan pertumbuhan kristal tunggal, terutama di hujung plat penyejukan air. Pada peringkat akhir pertumbuhan kristal tunggal, kecerunan suhu berkurangan dengan ketara dengan peningkatan jarak, menyebabkan dendrite berkembang dengan ketara dan meningkatkan kecenderungan kecacatan pemejalan untuk membentuk [6].
Bijirin sesat
Kristal yang terperangkap merujuk kepada kawasan amorf antara sempadan bijian atau kristal yang dibentuk oleh dua atau lebih kristal interlacing, berlanggar atau tumbuh bersama dalam bahan. Di pinggan pinggir bilah turbin SX, bahagian silang pemutus akan mengalami perubahan mendadak dalam saiz geometri, dan pengedaran medan suhu di kawasan ini sangat kompleks; Semasa proses pemejalan bilah, aloi yang mengalami masalah di pinggir pemutus melebihi nukleasi kritikal yang mengikat aloi, mengakibatkan nukleus kekotoran heterogen di pinggir pemutus, membentuk kristal tramp tepi [9].
Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa apabila saiz plat tepi kecil, dendrite yang lebih tinggi dari bijirin asal tumbuh ke dalam plat tepi, dan tiada kristal tramp terbentuk. Oleh kerana saiz plat tepi meningkat, sejumlah besar kristal tramp halus pertama kali terbentuk di sudut -sudut dalaman pinggan pinggir, dan beberapa kristal tramp tumbuh ke dalam plat pinggir dalam bentuk dendrit, menekan bijirin asal di tengah pinggan pinggir [6]. Oleh kerana saiz plat tepi terus meningkat, terdapat bahagian bawah yang besar di pinggir pinggir pinggir, cecair aloi menguatkan dengan cepat, dan tekanan pengecutan besar yang dihasilkan; Prestasi pelesapan haba dari kawasan peralihan plat pinggan bilah adalah kurang, bawahnya kecil, dan dendrit yang dihasilkan dipecahkan oleh tekanan pengecutan, membentuk kristal tramp yang tumbuh ke arah pusat pinggan pinggir [9]. Menurut penyelidikan eksperimen, pengurangan ketinggian platform, peningkatan panjang platform, bahagian luar platform, dan komposisi aloi dengan kandungan yang tinggi dari unsur -unsur refraktori (RE, W, TA, HF) semuanya meningkatkan kecenderungan pembentukan kristal kekotoran [10].
Pembentukan kristal kekotoran pada plat tepi boleh dikawal dengan mengoptimumkan proses pemejalan arah (mengurangkan kadar pemejalan), rawatan pelapisan tempatan (salutan dengan bahan rintangan terma), dan menambah sistem pembenihan.
Fsikap
Di peringkat akhir pertumbuhan bilah kristal tunggal, terutamanya pada jarak dari plat penyejukan air, mudah untuk membentuk beberapa butiran equiaxed halus yang selari dengan arah pertumbuhan kristal. Kerana permukaan kecacatan selepas kakisan makroskopik menunjukkan bintik -bintik yang jelas, ia dipanggil bintik -bintik atau rantai bintik -bintik. Pada masa ini, struktur bilah turbin cenderung menjadi rumit, dan kandungan unsur-unsur aloi yang tinggi-titik di aloi terus meningkat, yang membawa kepada peningkatan kecenderungan pembentukan bintik-bintik.
Mekanisme pembentukan bintik -bintik disebabkan terutamanya oleh perolakan cecair aloi yang disebabkan oleh pemisahan larut semasa pemejalan, dan juga berkaitan dengan pengulangan dendrit sekunder dan pesongan dendrit utama. Dalam proses DS, W dan Re diperkaya di kawasan batang dendrite, dan Al dan Ta diperkaya dalam cecair aloi antara dendrit. Terdapat perbezaan kepadatan antara bekas dan yang terakhir. Apabila zon lembap menguatkan, perbezaan antara ketumpatan cecair aloi di zon lembap dan ketumpatan cecair di hadapan pemejalan. Pengagihan ketumpatan atas dan bawah cahaya yang berat menyebabkan cecair aloi di zon lembap menjadi tertakluk kepada keapungan ke atas. Apabila rintangan likat cecair aloi di zon lembap melebihi, cecair aloi di zon lembap akan berselindung antara dendrit dan membentuk saluran perolakan lebar tertentu di zon lembap. Aliran cecair aloi ini akan mencairkan atau memecahkan dendrit untuk membentuk serpihan dendrite. Sekiranya serpihan dendrit ini tidak mempunyai masa untuk mengalir keluar dari saluran dengan cecair aloi dan kekal di dalam saluran, mereka akan membentuk bintik -bintik di permukaan pemutus sebagai saluran menguatkan [11].
Meningkatkan kandungan komponen aloi TA dan AL dan mengurangkan kandungan W dan Re dapat membantu mengurangkan kecenderungan pembentukan bintik -bintik. Dalam proses DS, meningkatkan kadar menarik dan meningkatkan kecerunan suhu dapat mengurangkan kecenderungan pembentukan bintik -bintik. Getaran boleh melemahkan perolakan fasa cecair semasa pemejalan arah, dengan itu mengurangkan kecenderungan pembentukan bintik -bintik.
Sempadan bijirin sudut rendah
Pembentukan sempadan bijian sudut rendah berkaitan dengan sisihan orientasi dendrit yang disebabkan oleh ubah bentuk dendrite: (1) tekanan thermomechanical yang dihasilkan oleh pemendakan 'fasa semasa pertumbuhan keadaan mantap; (2) halangan dan penyemperitan shell acuan menyebabkan tekanan pengecutan dalam dendrit; (3) Konveksi larut yang disebabkan oleh medan suhu yang tidak sekata di zon lembap dan daya asimetrik pada dendrit membawa kepada ubah bentuk plastik dendrit, yang mencetuskan perubahan kumulatif orientasi dendrite. Batasan bijirin sudut rendah dibentuk di persimpangan dendrite yang dibelokkan dan dendrite yang tidak dibebaskan asal.
Apabila pisau kristal bersaiz besar menguatkan, sukar bagi antara muka S/L untuk mengekalkan keadaan planar (cekung apabila kelajuan menarik tinggi dan cembung apabila kelajuan menarik rendah). Arah kecerunan suhu antara muka S/L yang tidak berturut-turut tidak bertepatan dengan arah paksi spesimen. Apa-apa turun naik dalam proses pemejalan boleh menyebabkan perubahan orientasi, dengan itu membentuk sempadan bijirin sudut rendah. Perubahan ini boleh menyebabkan beberapa dendrit tumbuh dalam keadaan yang tidak mantap semasa proses pertumbuhan dari zon pengembangan ke badan bilah, mengakibatkan sudut sempadan bijirin rendah dari badan bilah terutamanya tertumpu dalam julat 2 darjah {6}}. Ini ditentukan oleh sifat pemejalan aloi, dan sukar untuk mencari cara yang munasabah untuk mengelakkannya [12].
Bilangan sempadan bijirin sudut kecil di zon lanjutan jauh lebih rendah daripada yang di dalam badan bilah, dan sudut misorientasi juga lebih kecil, tetapi bilangan lokasi dengan sudut misorientasi kurang dari 2 darjah dalam zon lanjutan dan badan bilah adalah setanding, menunjukkan bahawa mereka mempunyai kebolehan yang setanding untuk menghasilkan misorientasi kecil. Ini kerana zon lanjutan berada di peringkat awal pertumbuhan kristal tunggal, dan kebanyakan dendrit menunjukkan pertumbuhan keadaan mantap, sementara bilangan dendrit dalam pertumbuhan mantap di zon lanjutan dan badan bilah adalah setanding.
Kristal berjalur
Kristal striated adalah sejenis kecacatan linear sempit di permukaan pemutus, kebanyakannya berlaku di bahagian atas bilah pemutus. Mereka biasanya kira -kira 1 mm lebar dan beberapa puluhan mm panjang, dengan kedudukan permulaan yang boleh dikenalpasti. Mereka umumnya hilang selepas berkembang selama beberapa sentimeter, tetapi mereka juga boleh berkembang secara meluas ke seluruh bilah, berkembang dari kecacatan linear ke kecacatan berskala besar tiga dimensi dan berubah menjadi kecacatan kristal pelbagai. Arah kristal coretan selalu konsisten dengan arah pertumbuhan dendrite di lokasi tersebut.
Kemunculan kristal coretan adalah disebabkan oleh fakta bahawa batang utama dendrit tunggal di permukaan pemutus telah hancur di zon lembap, tetapi dikimpal oleh cecair sisa, menunjukkan titik permulaan yang jelas. Sebab utama untuk merobek ini adalah bahawa pengecutan dendrite yang disebabkan oleh lekatan shell sangat terhalang atau kekuatan dendrite rosak teruk akibat pemotongan kemasukan. Dendrite yang koyak akan mengalami tahap pesongan keseluruhan tertentu, membentuk bijirin sempit yang tertutup oleh sempadan bijirin sudut kecil pada struktur matriks [12].
Recrystallization
SX terutamanya terdiri daripada fasa dan 'fasa dalam bentuk gabungan eutektik. Apabila tenaga tempatan tinggi disebabkan oleh kepekatan tekanan ubah bentuk di kawasan tempatan permukaan, dan kemudian apabila ia mencapai suhu tertentu dalam pemanasan berikutnya, 'fasa larut dalam aloi kristal tunggal. Selepas pembubaran, sangat mudah untuk membentuk struktur selular di kawasan pembubaran fasa. Permukaan semula permukaan SX mula -mula bermula di kawasan rod dendrite permukaan. Organisasi awal adalah selular. Kemudian bijirin mula tumbuh secara beransur -ansur ke fasa eutektik / 'kawasan yang mengandungi fasa kasar. Pertumbuhan bijirin yang direkristalisasi disertai dengan antara muka yang jelas antara 'bijirin kristal dan matriks [13]. Keadaan penting untuk pembentukan bijirin yang direkristalisasi: pembubaran fasa pelakon.
