1 Datblygu peiriannau tyrbinau nwy hedfan
Wrth i'r gofynion perfformiad ar gyfer awyrennau ar gyfer cludo, milwrol, cynhyrchu a dibenion eraill gynyddu, ni allai'r peiriannau piston cynharaf ddiwallu anghenion hedfan cyflym mwyach. Felly, ers y 1950au, mae peiriannau tyrbinau nwy wedi dod yn brif ffrwd yn raddol.
Ym 1928, nododd Syr Frank Whittle o'r Deyrnas Unedig yn ei draethawd graddio "Datblygu yn y dyfodol mewn dylunio awyrennau" wrth astudio yn yr Academi Filwrol na allai datblygiad peiriannau propeller yn y dyfodol addasu o dan y wybodaeth dechnegol bryd hynny addasu i anghenion cyflymderau uchder neu hedfan uchel yn y dyfodol gyda 800km/h. Cynigiodd gyntaf y cysyniad o'r hyn a elwir bellach yn injan jet (injan modur): darperir aer cywasgedig i'r siambr hylosgi (hylosgi) trwy piston traddodiadol, a defnyddir y nwy tymheredd uchel a gynhyrchir yn uniongyrchol i yrru hedfan, y gellir ei ystyried yn injan gwthio ynghyd â dyluniad siambr hylosgi. Mewn ymchwil ddilynol, cefnodd ar y syniad o ddefnyddio piston trwm ac aneffeithlon a chynigiodd ddefnyddio tyrbin (tyrbin) i ddarparu aer cywasgedig i'r siambr hylosgi, a chafwyd pŵer y tyrbin o'r nwy gwacáu tymheredd uchel. Ym 1930, gwnaeth Whittle gais am batent, ac ym 1937, datblygodd injan turbojet allgyrchol cyntaf y byd, a ddefnyddiwyd yn swyddogol yn yr awyren gloster e.28/39 ym 1941. Ers hynny, mae peiriannau tyrbin nwy wedi dominyddu pŵer hedfan a chryfder hedfan a chyfranogiad pwysig.
Gellir rhannu peiriannau awyrennau yn bedwar math sylfaenol yn ôl eu defnyddiau a'u nodweddion strwythurol: peiriannau turbojet, peiriannau turbofan, peiriannau turboshaft, ac injans turboprop:
Cyfeirir at beiriannau tyrbin nwy hedfan fel peiriannau turbojet, sef yr injans tyrbin nwy cynharaf a ddefnyddir. O safbwynt y ffordd y mae byrdwn yn cael ei gynhyrchu, peiriannau turbojet yw'r peiriannau symlaf a mwyaf uniongyrchol. Mae'r rhesymu yn dibynnu ar y grym adweithio a gynhyrchir gan chwistrelliad cyflym o'r fortecs. Fodd bynnag, mae'r llif aer cyflym yn cymryd llawer o wres ac egni cinetig ar yr un pryd, gan achosi colli egni mawr.
Mae'r injan turbofan yn rhannu'r aer sy'n llifo i'r injan yn ddau lwybr: y ddwythell fewnol a'r ddwythell allanol, sy'n cynyddu cyfanswm llif yr aer ac yn lleihau tymheredd a chyflymder y llif aer dwythell fewnol.
Nid yw peiriannau turboshaft a turboprop yn cynhyrchu byrdwn trwy bigiad llif aer, felly mae'r tymheredd a'r cyflymder gwacáu yn cael eu lleihau'n fawr, mae'r effeithlonrwydd thermol yn gymharol uchel, ac mae'r gyfradd defnyddio tanwydd injan yn isel, sy'n addas ar gyfer awyrennau ystod hir. Yn gyffredinol, nid yw cyflymder y propeller yn newid, a cheir gwahanol fyrdwn trwy addasu ongl y llafn.
Mae'r injan propfan yn injan rhwng peiriannau turboprop a turbofan. Gellir ei rannu'n beiriannau propfan gydag achosion propeller wedi'u tynnu ac injans propfan heb achosion propeller wedi'u dwythellu. Peiriant Propfan yw'r peiriant arbed ynni newydd mwyaf cystadleuol sy'n addas ar gyfer hedfan subsonig.
Mae peiriannau awyrofod sifil wedi mynd trwy fwy na hanner canrif o ddatblygiad. Mae strwythur yr injan wedi esblygu o'r injan tyrbin allgyrchol cynnar i'r injan llif echelinol un rotor, o'r injan turbojet gefell-rotor i'r injan turbofan cymhareb ffordd osgoi isel, ac yna i'r injan turbofan cymhareb ffordd osgoi uchel. Mae'r strwythur wedi'i optimeiddio'n barhaus wrth fynd ar drywydd effeithlonrwydd a dibynadwyedd. Dim ond 1200-1300 k oedd tymheredd mewnfa'r tyrbin yn y genhedlaeth gyntaf o beiriannau turbojet yn y 1940au a'r 1950au. Cynyddodd tua 200k gyda phob uwchraddiad awyren. Erbyn yr 1980au, cyrhaeddodd tymheredd cilfach y tyrbin y bedwaredd genhedlaeth jetiau ymladdwr datblygedig 1800-2000 K [1].
Egwyddor cywasgydd aer allgyrchol yw bod yr impeller yn gyrru'r nwy i gylchdroi ar gyflymder uchel, fel bod y nwy yn cynhyrchu grym allgyrchol. Oherwydd llif pwysau ehangu'r nwy yn yr impeller, mae cyfradd llif a gwasgedd y nwy ar ôl pasio trwy'r impeller yn cynyddu, a chynhyrchir aer cywasgedig yn barhaus. Mae ganddo ddimensiwn echelinol byr a chymhareb pwysau un cam uchel. Mae cywasgydd aer llif echelin yn gywasgydd lle mae'r llif aer yn y bôn yn llifo'n gyfochrog ag echel yr impeller cylchdroi. Mae'r cywasgydd llif echelinol yn cynnwys sawl cam, mae pob cam yn cynnwys rhes o lafnau rotor a rhes ddilynol o lafnau stator. Y rotor yw'r llafnau gweithio a'r olwyn, a'r stator yw'r canllaw. Mae'r aer yn cael ei gyflymu gyntaf gan y llafnau rotor, ei arafu a'u cywasgu yn y sianel llafn stator, a'i ailadrodd yn y llafnau aml-gam nes bod cyfanswm y gymhareb pwysau yn cyrraedd y lefel ofynnol. Mae gan y cywasgydd llif echelinol ddiamedr bach, sy'n gyfleus ar gyfer defnyddio tandem aml-gam i gael cymhareb pwysau uwch.
Mae peiriannau turbofan fel arfer yn defnyddio cymhareb ffordd osgoi, cymhareb pwysau injan, tymheredd mewnfa tyrbin, a chymhareb pwysau ffan fel paramedrau dylunio:
Cymhareb ffordd osgoi (BPR): cymhareb màs y nwy sy'n llifo trwy'r dwythellau allfa i fàs y nwy sy'n llifo trwy'r dwythellau mewnol yn yr injan. Fel rheol, gelwir y rotor ar flaen injan turbojet yn gywasgydd pwysedd isel, ac fel rheol gelwir y rotor ar flaen injan turbofan yn gefnogwr. Mae'r nwy dan bwysau sy'n pasio trwy'r cywasgydd pwysedd isel yn mynd trwy bob rhan o'r injan turbojet; Mae'r nwy sy'n mynd trwy'r gefnogwr wedi'i rannu'n ddwythellau mewnol ac allanol. Ers ymddangosiad peiriannau turbofan, mae BPR wedi bod yn cynyddu, ac mae'r duedd hon yn arbennig o amlwg mewn peiriannau turbofan sifil.
Cymhareb pwysau injan (EPR): cymhareb cyfanswm y pwysau yn yr allfa ffroenell i gyfanswm y pwysau yn y gilfach gywasgydd.
Tyrbin Cilfach Emperature: Tymheredd y gwacáu siambr hylosgi pan fydd yn mynd i mewn i'r tyrbin.
Cymhareb cywasgu ffan: y cyfeirir ati hefyd fel cymhareb cywasgu, cymhareb y pwysau nwy yn yr allfa gywasgydd i'r pwysau nwy yn y gilfach.
Dau effeithlonrwydd:
Effeithlonrwydd Thermol: Mesur o ba mor effeithlon y mae injan yn trosi'r egni gwres a gynhyrchir trwy hylosgi yn egni mecanyddol.
Effeithlonrwydd Gyrru: Mesur o gyfran yr egni mecanyddol a gynhyrchir gan yr injan a ddefnyddir i yrru'r awyren.
第一篇结束
2 ddatblygiad llafn tyrbin
Datblygiad Iterative
Gan gymryd injan turbofan fel enghraifft, mae gwerth y llafnau yn cyfrif am gymaint â 35%, ac maent yn rhan hanfodol wrth gynhyrchu peiriannau awyrennau. Mewn injan, mae 3, 000 i 4, 000 llafnau hedfan, y gellir eu rhannu'n dri chategori: llafnau ffan, llafnau cywasgydd, a llafnau tyrbin. Gwerth llafnau tyrbin yw'r uchaf, gan gyrraedd 63%. Ar yr un pryd, nhw hefyd yw'r llafnau sydd â'r anhawster gweithgynhyrchu uchaf a'r gost weithgynhyrchu mewn peiriannau Turbofan [2].
Yn y 1970au, yr Unol Daleithiau oedd y cyntaf i ddefnyddio llafnau solidiad cyfeiriadol PWA1422 mewn peiriannau awyrennau milwrol a sifil.
Ar ôl yr 1980au, cynyddodd cymhareb byrdwn-i-bwysau injan y drydedd genhedlaeth i fwy nag 8, a dechreuodd y llafnau tyrbin ddefnyddio SX y genhedlaeth gyntaf, PWA1480, Renén4, CMSX {-2 a DD3 China. Mae ei gapasiti sy'n dwyn tymheredd 80k yn uwch na'r solidiad cyfeiriadol gorau sy'n bwrw aloi tymheredd uchel PWA1422. Manteision. Ynghyd â'r ffilm yn oeri technoleg wag un sianel, mae tymheredd gweithredu llafnau'r tyrbin yn cyrraedd 1600-1750 K. .
Mae injan turbofan y bedwaredd genhedlaeth yn defnyddio'r SXPWA1484 ail genhedlaeth, Renén5, CMSX -4, a DD6. Trwy ychwanegu elfennau AG a thechnoleg oeri aer pwysedd uchel aml-sianel, mae tymheredd gweithredu llafnau'r tyrbin yn cyrraedd 1800k -2000 K. Yn 2000k a 100h mae'r cryfder parhaol yn cyrraedd 140mpa.
Mae'r SX drydedd genhedlaeth a ddatblygwyd ar ôl y 1990au yn cynnwys Renén6, Cmrx -10, a DD9, sydd â manteision cryfder ymgripiol amlwg iawn dros yr ail genhedlaeth SX. O dan amddiffyn sianeli oeri cymhleth a haenau rhwystr thermol, mae tymheredd mewnfa'r tyrbin y gall ei wrthsefyll yn cyrraedd 3000k. Mae'r aloi cyfansawdd rhyngmetallig a ddefnyddir yn y llafnau yn cyrraedd 2200K, ac mae'r cryfder parhaol 100h yn cyrraedd 100MPA.
Ar hyn o bryd yn cael ei ddatblygu mae'r bedwaredd genhedlaeth SX a gynrychiolir gan MC-NG [4], tms -138, ac ati, ac mae'r pumed genhedlaeth SX a gynrychiolir gan tms -162, ac ati yn cael ei nodweddu trwy ychwanegu elfennau daear prin newydd fel y mae Perfformiad yn sylweddol, sy'n gwella uchel, sy'n gwella'r uchel. Mae tymheredd gweithio aloi tymheredd uchel y bumed genhedlaeth wedi cyrraedd 1150 gradd, sy'n agos at y tymheredd gweithredu terfyn damcaniaethol o 1226 gradd.
3 Datblygu superalloys crisial sengl wedi'i seilio ar nicel
3.1 Nodweddion Cyfansoddiad a Chyfansoddiad cyfnod superalloys crisial sengl wedi'i seilio ar nicel
Yn ôl y math o elfennau matrics, gellir rhannu aloion tymheredd uchel yn haearn, wedi'u seilio ar nicel, a chobalt, a'u hisrannu ymhellach yn macrostrwythurau meteleg castio, ffugio, a phowdr. Mae gan aloion sy'n seiliedig ar nicel well perfformiad tymheredd uchel na'r ddau fath arall o aloion tymheredd uchel a gallant weithio am amser hir mewn amgylcheddau tymheredd uchel garw.
Mae aloion tymheredd uchel sy'n seiliedig ar nicel yn cynnwys o leiaf 50% Ni. Mae eu strwythur Cyngor Sir y Fflint yn eu gwneud yn gydnaws iawn â rhai elfennau aloi. Mae nifer yr elfennau aloi a ychwanegir yn ystod y broses ddylunio yn aml yn fwy na 10. Mae cyffredinedd yr elfennau aloi ychwanegol yn cael ei ddosbarthu fel a ganlyn: (1) Mae Ni, CO, Fe, CR, RU, RE, RE, MO, a W yn elfennau o'r radd flaenaf, sy'n gweithredu fel elfennau sefydlogi austenite; (2) Mae gan Al, Ti, Ta, a Nb radiws atomig mwy, sy'n hyrwyddo ffurfio cyfnodau cryfhau fel cyfansawdd NI3 (Al, Ti, Ta, Nb), ac maent yn elfennau ail ddosbarth; (3) Mae B, C, a ZR yn elfennau trydydd dosbarth. Mae eu maint atomig yn llawer llai nag atomau Ni, ac maent yn hawdd eu gwahanu i ffiniau grawn y cyfnod, gan chwarae rôl wrth gryfhau ffiniau grawn [14].
Mae cyfnodau aloion tymheredd uchel grisial sengl wedi'u seilio ar nicel yn bennaf: cyfnod, 'cyfnod carbid, a chyfnod pecyn agos topolegol (cyfnod TCP).
Cyfnod: Mae'r cyfnod yn gyfnod austenite gyda strwythur grisial o Cyngor Sir y Fflint, sy'n doddiant solet a ffurfiwyd gan elfennau fel Cr, Mo, CO, W, ac ail -hydoddi mewn nicel.
Mae'r cyfnod 'Cyfnod:' yn gyfansoddyn rhyngmetallig NI3 (AL, TI) o FCC, sy'n cael ei ffurfio fel cam dyodiad ac sy'n cynnal cydlyniant a chamgymhariad penodol â'r cyfnod matrics, ac sy'n llawn al, Ti, TA ac elfennau eraill.
Cyfnod Carbide: Gan ddechrau o'r ail genhedlaeth o SX wedi'i seilio ar nicel, ychwanegir ychydig bach o C, gan arwain at ymddangosiad carbidau. Mae ychydig bach o garbidau wedi'u gwasgaru yn y matrics, sy'n gwella perfformiad tymheredd uchel yr aloi i raddau. Yn gyffredinol, fe'i rhennir yn dri math: MC, M23C6, ac M6C.
Cyfnod TCP: Yn achos heneiddio gwasanaeth, elfennau anhydrin gormodol fel CR, MO, W, ac ail hyrwyddo dyodiad y cyfnod TCP. Mae TCP fel arfer yn cael ei ffurfio ar ffurf plât. Mae strwythur y plât yn cael effaith negyddol ar hydwythedd, ymgripiad a eiddo blinder. Cyfnod TCP yw un o ffynonellau crac rhwygo ymgripiad.
Mecanwaith Cryfhau
Daw cryfder superalloys sy'n seiliedig ar nicel o gyplysu mecanweithiau caledu lluosog, gan gynnwys cryfhau toddiannau solet, cryfhau dyodiad, a thriniaeth wres i gynyddu dwysedd dadleoli a datblygu is-strwythur dadleoli i ddarparu cryfhau.
Caledu toddiant solet yw gwella'r cryfder sylfaenol trwy ychwanegu gwahanol elfennau hydawdd, gan gynnwys CR, W, CO, MO, RE, ac RU.
Mae'r gwahanol radiws atomig yn arwain at rywfaint o ystumiad dellt atomig, sy'n atal symud dadleoli. Mae cryfhau toddiant solet yn cynyddu gyda'r cynnydd mewn gwahaniaeth maint atomig.
Mae cryfhau toddiant solid hefyd yn cael yr effaith o leihau egni namau pentyrru (SFE), gan atal slip traws-ddadleoli yn bennaf, sef prif ddull dadffurfiad crisialau nad ydynt yn ddelfrydol ar dymheredd uchel.
Mae clystyrau atomig neu ficrostrwythurau archeb byr yn fecanwaith arall sy'n helpu i gryfhau trwy doddiant solet. Ail -atomau mewn SX wedi'i wahanu yn rhanbarth straen tynnol y craidd dadleoli ar y rhyngwyneb / ', gan ffurfio "awyrgylch Cottrell", sy'n atal symudiad dadleoli a lluosogi crac i bob pwrpas. (Mae atomau hydoddyn wedi'u crynhoi yn ardal straen tynnol dadleoliadau ymyl, lleihau ystumiad dellt, ffurfio strwythur nwy Coriolis, a chynhyrchu effaith cryfhau toddiant solet cryf. Mae'r effaith yn cynyddu gyda'r cynnydd mewn crynodiad atom hydoddyn a chynyddu gwahaniaeth maint))
Mae Re, W, Mo, Ru, CR, a CO yn cryfhau'r cyfnod i bob pwrpas. Mae hydoddiant solet y matrics yn chwarae rhan hynod bwysig yng nghryfder ymgripiol aloion tymheredd uchel sy'n seiliedig ar nicel.
Effeithir ar yr effaith caledu dyodiad gan ffracsiwn cyfaint a maint y cyfnod '. Pwrpas optimeiddio cyfansoddiad aloion tymheredd uchel yn bennaf yw cynyddu ffracsiwn cyfaint y 'cyfnod' a gwella'r priodweddau mecanyddol. Gall aloion tymheredd uchel SX gynnwys 65% -75% o'r 'cyfnod, gan arwain at gryfder ymgripiol da. Mae hyn yn cynrychioli gwerth uchaf defnyddiol effaith cryfhau'r rhyngwyneb / ', a bydd cynnydd pellach yn arwain at ostyngiad sylweddol mewn cryfder. Mae cryfder aloion tymheredd uchel gyda ffracsiwn cyfaint cyfnod uchel yn cael ei effeithio gan faint y 'gronynnau cyfnod. Pan fydd maint y cyfnod yn fach, mae dadleoliadau yn tueddu i ddringo o'i gwmpas, gan arwain at ostyngiad mewn cryfder ymgripiol. Pan orfodir dadleoliadau i dorri'r 'cyfnod, mae'r cryfder ymgripiol yn cyrraedd ei uchafswm. Wrth i'r 'gronynnau cyfnod gynyddu mewn maint, mae dadleoliadau yn tueddu i blygu rhyngddynt, gan arwain at ostyngiad mewn cryfder ymgripiol [14].
Mae tri phrif fecanwaith cryfhau dyodiad:
Cryfhau Camgymhariad Dellt: 'Mae'r cyfnod yn cael ei wasgaru a'i waddodi yn y matrics cyfnod mewn modd cydlynol. Mae'r ddau yn strwythurau Cyngor Sir y Fflint. Mae'r camgymhariad dellt yn adlewyrchu sefydlogrwydd a chyflwr straen y rhyngwyneb cydlynol rhwng y ddau gam. Yr achos gorau yw bod gan y matrics a'r cyfnod gwaddodol yr un strwythur grisial a pharamedrau dellt o'r un geometreg, fel y gellir llenwi cyfnodau mwy gwaddodol yn y cyfnod. Yr ystod anghydweddu o aloion tymheredd uchel sy'n seiliedig ar nicel yw 01%. Mae RE ac RU yn amlwg wedi'u gwahanu â'r cyfnod. Mae'r cynnydd o RE ac RU yn cynyddu'r camgymhariad dellt.
Cryfhau Gorchymyn: Bydd torri dadleoli yn achosi anhwylder rhwng y matrics a'r cyfnod gwaddodol, sy'n gofyn am fwy o egni
Mecanwaith ffordd osgoi dadleoli: o'r enw mecanwaith orowan (bwa orowan), mae'n fecanwaith cryfhau lle mae'r cyfnod gwaddodol yn y matrics metel yn rhwystro'r dadleoliad wrth symud rhag parhau i symud. Egwyddor Sylfaenol: Pan fydd y dadleoliad symudol yn dod ar draws gronyn, ni all basio drwodd, gan arwain at osgoi ymddygiad, twf llinell ddadleoli, ac mae'r grym gyrru gofynnol yn cynyddu, gan arwain at gryfhau effaith.
3.3 Datblygu dulliau castio aloi tymheredd uchel
Gellir olrhain yr aloi cynharaf a ddefnyddir mewn amgylcheddau tymheredd uchel yn ôl i ddyfeisio Nichrome ym 1906. Ysgogodd ymddangosiad cywasgwyr turbo ac injans tyrbin nwy ddatblygiad sylweddol aloion tymheredd uchel. Cynhyrchwyd llafnau'r genhedlaeth gyntaf o beiriannau tyrbinau nwy trwy allwthio a ffugio, a oedd yn amlwg â chyfyngiadau'r oes. Ar hyn o bryd, mae llafnau tyrbin aloi tymheredd uchel yn cael eu gwneud yn bennaf trwy gastio buddsoddi, solidiad cyfeiriadol yn benodol (DS). Dyfeisiwyd y dull DS gyntaf gan dîm Versnyder Pratt & Whitney yn yr Unol Daleithiau yn y 1970au [3]. Yn y degawdau o ddatblygiad, mae'r deunydd a ffefrir ar gyfer llafnau tyrbin wedi newid o grisialau equiaxed i grisialau columnar, ac yna wedi'u optimeiddio i ddeunyddiau aloi tymheredd uchel grisial sengl.
Defnyddir technoleg DS i gynhyrchu cydrannau aloi craidd columnar SX, sy'n gwella hydwythedd a gwrthiant sioc thermol aloion tymheredd uchel yn sylweddol. Mae technoleg DS yn sicrhau bod gan y crisialau columnar a gynhyrchir gyfeiriadedd [001], sy'n gyfochrog â phrif echel straen y rhan, yn hytrach na chyfeiriadedd grisial ar hap. Mewn egwyddor, mae angen i DS sicrhau bod solidiad y metel tawdd yn y castio yn cael ei wneud gyda'r metel porthiant hylif bob amser mewn cyflwr sydd newydd ei soletio.
Mae angen i gastio crisialau columnar fodloni dau gyflwr: (1) mae llif gwres unffordd yn sicrhau bod y rhyngwyneb solet-hylif ar bwynt twf y grawn yn symud i un cyfeiriad; (2) Rhaid cael cnewylliad o flaen cyfeiriad symudol y rhyngwyneb solet-hylif.
Oherwydd bod toriad y llafn fel arfer yn digwydd yn strwythur gwan tymheredd uchel ffin y grawn, er mwyn dileu ffin y grawn, defnyddir mowld solidiad gyda strwythur "dewisydd grawn" yn ystod y broses solidiad cyfeiriadol. Mae maint trawsdoriadol y strwythur hwn yn agos at faint y grawn, fel mai dim ond un grawn a dyfir yn optimaidd sy'n mynd i mewn i geudod mowld y castio, ac yna'n parhau i dyfu ar ffurf grisial sengl nes bod y llafn gyfan yn cynnwys un grawn yn unig.
Gellir rhannu'r dewisydd grisial yn ddwy ran: y bloc cychwyn a'r troellog:
Ar ddechrau'r broses DS, mae'r grawn yn dechrau cnewyllo ar waelod y bloc cychwyn. Yng ngham cynnar tyfiant grawn, mae'r nifer yn fawr, mae'r maint yn fach, ac mae'r gwahaniaeth cyfeiriadedd yn fawr. Mae'r ymddygiad twf cystadleuol rhwng y grawn yn dominyddu, ac mae effaith blocio geometrig y wal ochr yn wan. Ar yr adeg hon, mae'r effaith optimeiddio cyfeiriadedd yn amlwg; Pan fydd uchder y grawn yn y bloc cychwyn yn cynyddu, mae nifer y grawn yn lleihau, mae'r maint yn cynyddu, ac mae'r cyfeiriadedd yn agos. Mae'r ymddygiad twf cystadleuol rhwng y grawn yn lleihau, ac mae effaith blocio geometrig y wal ochr yn dominyddu, gan sicrhau y gellir optimeiddio cyfeiriad y grisial yn barhaus, ond mae'r effaith optimeiddio cyfeiriadedd yn cael ei wanhau. Trwy leihau radiws y bloc cychwyn a chynyddu uchder y bloc cychwyn, gellir optimeiddio cyfeiriadedd y grawn sy'n mynd i mewn i'r adran droellog yn effeithiol. Fodd bynnag, bydd cynyddu hyd y bloc cychwyn yn byrhau gofod twf effeithiol y castio, ac yn rhoi cylch cynhyrchu a chost paratoi i chi. Felly, mae angen dylunio strwythur geometrig y swbstrad yn rhesymol.
Prif swyddogaeth y troell yw dewis crisialau sengl yn effeithlon, ac mae'r gallu i wneud y gorau o'r cyfeiriadedd grawn yn wan. Pan fydd y broses DS yn cael ei chyflawni mewn troell, mae'r sianel grom yn darparu lle ar gyfer tyfiant cangen dendrite, ac mae dendrites eilaidd y grawn yn symud ymlaen i gyfeiriad y llinell hylifws. Mae gan y grawn duedd datblygu ochrol gref, ac mae cyfeiriadedd y grawn mewn cyflwr cyfnewidiol, gydag effaith optimeiddio wan. Felly, mae'r dewis o rawn yn y troell yn dibynnu'n bennaf ar y fantais cyfyngiad geometrig, mantais twf cystadleuol, a mantais ehangu gofodol y grawn yn y segment troellog [7], yn hytrach na mantais twf cyfeiriadedd a ffefrir y grawn, sydd â hap cryf [6]. Felly, y prif reswm dros fethiant dewis grisial yw nad yw'r troell yn chwarae rôl dewis grisial sengl. Trwy gynyddu diamedr allanol y troell, gan leihau'r traw, diamedr yr wyneb troellog, a lleihau'r ongl gychwyn, gellir gwella'r effaith dewis grisial yn sylweddol.
Mae angen mwy na dwsin o risiau ar baratoi llafnau tyrbin grisial sengl gwag (mwyndoddi aloi meistr, paratoi cregyn pilen grisial sengl, paratoi craidd cerameg cyfluniad cymhleth, castio toddi, solidiad cyfeiriadol, triniaeth wres, triniaeth arwyneb, paratoi gorchudd rhwystr thermol, ac ati). Mae'r broses gymhleth yn dueddol o ddiffygion amrywiol, megis grawn crwydr, brychni haul, ffiniau grawn ongl fach, crisialau streak, gwyriad cyfeiriadedd, ailrystallization, ffiniau grawn ongl fawr, a methiant dethol grisial.
第2篇结束
4 ffurfio nam yn y broses DS
Wrth i strwythur llafnau tyrbin datblygedig ddod yn fwy cymhleth ac yn fwy o ran maint, mae amrywiaeth o ddiffygion solidiad fel grawn crwydr, brychni haul, ffiniau grawn ongl isel, crisialau streaky, gwyriad cyfeiriadedd, ailrystaleiddio, ffiniau grawn ongl uchel, a methiant dethol grisial yn fwy tebygol yn ystod y broses grisio. Mae castio llafnau tyrbin ar ffurf crisialau sengl yn her sylweddol i ffowndrïau.
Mae'r problemau sy'n bodoli mewn llafnau tyrbin grisial sengl wedi'u crynhoi yn bennaf yn y broses dwf, sydd â chysylltiad agos â strwythur a phroses twf llafnau tyrbin crisial sengl. Yn gyntaf, mae'r corff llafn tyrbin yn denau, mae'r tenon yn drwchus ac yn fawr, mae'r siâp trawsdoriadol yn amrywiol, mae'r crymedd yn amrywio'n fawr, mae'r strwythur oeri mewnol yn hynod gymhleth, ac mae yna lawer o ficrostrwythurau megis tyllau mowld aer a cholofnau difetha, sy'n arwain at gyfradd twf arteithiol ac yn gallu achosi twf ac, sy'n gallu achosi llwybrau twf ac, sy'n galluogi llwybrau twf a, sy'n galluogi twf ac, sy'n galluogi llwybrau twf a, sy'n galluogi twf ac yn galluogi twf ac yn galluogi twf ac, sy'n gallu achosi llwybrau twf ac, sy'n galluogi twf ac yn galluogi twf ac yn galluogi twf yn hawdd ac diffygion solidiad. Yn fwy difrifol, bydd y cynnydd ym maint llafn tyrbin yn ymestyn llwybr twf y grisial sengl, yn enwedig ym mhen pellaf y plât oeri dŵr. Yng ngham diweddarach twf grisial sengl, mae'r graddiant tymheredd yn gostwng yn sydyn gyda'r cynnydd o bellter, gan beri i dendrites dyfu'n ddargyfeiriol a chynyddu tueddiad diffygion solidiad i ffurfio [6].
Grawn crwydr
Mae crisialau wedi'u trapio yn cyfeirio at ranbarthau amorffaidd rhwng ffiniau grawn neu grisialau a ffurfiwyd gan ddau neu fwy o grisialau yn ymyrryd, yn gwrthdaro neu'n tyfu gyda'i gilydd mewn deunydd. Yn y plât ymyl llafn tyrbin SX, bydd croestoriad y castio yn profi newid sydyn ym maint geometrig, ac mae dosbarthiad y maes tymheredd yn yr ardal hon yn gymhleth iawn; Yn ystod proses solidiad y llafn, mae'r is -gopa aloi ar gyrion y castio yn fwy na thangwyddo cnewylliad critigol yr aloi, gan arwain at gnewylliad heterogenaidd amhureddau ar ymyl y castio, gan ffurfio crisialau tramp ymyl [9].
Mae astudiaethau blaenorol wedi dangos pan fydd maint y plât ymyl yn fach, mae dendrites lefel uwch y grawn gwreiddiol yn tyfu i'r plât ymyl, ac ni ffurfir crisialau tramp. Wrth i faint y plât ymyl gynyddu, mae nifer fawr o grisialau tramp mân yn cael eu ffurfio gyntaf ar gorneli mewnol y plât ymyl, ac mae ychydig o grisialau tramp yn tyfu i mewn i'r plât ymyl ar ffurf dendrites, gan atal y grawn gwreiddiol yng nghanol y plât ymyl [6]. Wrth i faint y plât ymyl barhau i gynyddu, mae is -orchudd mawr ar ymyl y plât ymyl, mae'r hylif aloi yn solidoli'n gyflym, a chynhyrchir straen crebachu solidiad mawr; Mae perfformiad afradu gwres yr ardal pontio plât ymyl llafn yn wael, mae'r is-gyrchu yn fach, ac mae'r dendrites a gynhyrchir yn cael eu torri gan y straen crebachu, gan ffurfio crisialau tramp sy'n tyfu tuag at ganol y plât ymyl [9]. Yn ôl ymchwil arbrofol, mae lleihau uchder platfform, cynnydd hyd platfform, ochr allanol y platfform, a chyfansoddiad yr aloi â chynnwys uchel o elfennau anhydrin (Re, W, TA, HF) i gyd yn cynyddu tueddiad ffurfio crisialau amhuredd [10].
Gellir rheoli ffurfio crisialau amhuredd ar y plât ymyl trwy optimeiddio'r broses solidification cyfeiriadol (lleihau'r gyfradd solidiad), triniaeth cladin leol (cotio â deunyddiau gwrthiant thermol), ac ychwanegu system hadu.
Fnhaciau
Yng nghyfnod diweddarach twf llafnau grisial sengl, yn enwedig o bellter o'r plât oeri dŵr, mae'n hawdd ffurfio rhai grawn mân tebyg i gadwyn, mân gyfochrog sy'n gyfochrog â'r cyfeiriad twf grisial. Oherwydd bod wyneb y nam ar ôl cyrydiad macrosgopig yn dangos smotiau amlwg, fe'i gelwir yn frychni haul neu gadwyni brych. Ar hyn o bryd, mae strwythur llafnau tyrbin yn tueddu i fod yn gymhleth, ac mae cynnwys elfennau aloi pwynt toddi uchel yn yr aloi yn parhau i gynyddu, sy'n arwain at gynnydd yn nhuedd ffurfio freckle.
Mae mecanwaith ffurfio brychni haul yn cael ei achosi yn bennaf gan darfudiad hylif aloi a achosir gan wahanu hydoddyn yn ystod solidiad, ac mae hefyd yn gysylltiedig â chofio dendrites eilaidd a gwyro dendrites cynradd. Yn y broses DS, mae W ac RE yn cael eu cyfoethogi yn ardal coesyn dendrite, ac mae Al a TA yn cael eu cyfoethogi yn yr hylif aloi rhwng dendrites. Mae gwahaniaeth dwysedd rhwng y cyntaf a'r olaf. Wrth i'r parth mushy solidoli, mae'r gwahaniaeth rhwng dwysedd yr hylif aloi yn y parth mushy a dwysedd yr hylif yn y ffrynt solidiad yn cynyddu. Mae dosbarthiad dwysedd top trwm a gwaelod golau yn achosi i'r hylif aloi yn y parth mushy fod yn destun hynofedd i fyny. Pan fydd gwrthiant gludiog yr hylif aloi yn y parth mushy yn cael ei ragori, bydd yr hylif aloi yn y parth mushy yn darfod rhwng y dendrites ac yn ffurfio sianel darfudiad o led penodol yn y parth mushy. Bydd llif yr hylif aloi hwn yn toddi neu'n torri'r dendrites i ffurfio darnau dendrite. Os nad oes gan y darnau dendrite hyn amser i lifo allan o'r sianel gyda'r hylif aloi ac yn aros yn y sianel, byddant yn ffurfio smotiau ar yr wyneb castio wrth i'r sianel solidoli [11].
Gall cynyddu cynnwys cydrannau aloi TA ac AL a lleihau cynnwys W ac RE helpu i leihau tueddiad ffurfio brychau. Yn y broses DS, gall cynyddu'r gyfradd tynnu a chynyddu'r graddiant tymheredd leihau tueddiad ffurfio brychni. Gall dirgryniad wanhau darfudiad y cyfnod hylif yn sylweddol yn ystod solidiad cyfeiriadol, a thrwy hynny leihau tueddiad ffurfio brychni.
Ffin grawn ongl isel
Mae ffurfio ffiniau grawn ongl isel yn gysylltiedig â gwyriad cyfeiriadedd dendrites a achosir gan ddadffurfiad dendrite: (1) straen thermomecanyddol a gynhyrchir gan wlybaniaeth y cyfnod 'yn ystod twf cyson-wladwriaeth; (2) mae rhwystr ac allwthio cragen y mowld yn achosi straen crebachu yn y dendrites; (3) Mae'r darfudiad hydoddyn a achosir gan y maes tymheredd anwastad yn y parth mushy a'r grym anghymesur ar y dendrites yn arwain at ddadffurfiad plastig y dendrites, sy'n sbarduno newid cronnus cyfeiriadedd dendrite. Mae'r ffin grawn ongl isel yn cael ei ffurfio ar gyffordd y dendrite gwyro a'r dendrite gwreiddiol heb ei ddileu.
Pan fydd llafn grisial sengl maint mawr yn solidoli, mae'n anodd i'r rhyngwyneb S/L gynnal cyflwr planar (ceugrwm pan fydd y cyflymder tynnu yn uchel ac yn amgrwm pan fydd y cyflymder tynnu yn isel). Nid yw cyfeiriad graddiant tymheredd y rhyngwyneb S/L nad yw'n syth yn cyd-fynd â chyfeiriad echelinol y sbesimen. Gall unrhyw amrywiadau yn y broses solidiad achosi newidiadau cyfeiriadedd, a thrwy hynny ffurfio ffiniau grawn ongl isel. Gall yr amrywiadau hyn beri i rai dendrites dyfu mewn cyflwr nad yw'n gyson yn ystod y broses dwf o'r parth ehangu i gorff y llafn, gan arwain at ongl ffin grawn ongl isel corff y llafn a ganolbwyntiwyd yn bennaf yn yr ystod o 2 radd -6 gradd. Mae hyn yn cael ei bennu gan briodweddau solidiad yr aloi, ac mae'n anodd dod o hyd i ffordd resymol i'w osgoi [12].
Mae nifer y ffiniau grawn ongl fach yn y parth estyn yn sylweddol is na'r nifer yng nghorff y llafn, ac mae'r ongl cam-drin hefyd yn llawer llai, ond mae nifer y lleoliadau ag onglau cam-drin yn llai na 2 radd yn y parth estyn yn y parth estyn a chorff y llafn yn gymharol, gan nodi bod ganddyn nhw afresymol i gynhyrchu camdriniaeth fach. Mae hyn oherwydd bod y parth estyniad yng nghamau cynnar twf grisial sengl, ac mae'r mwyafrif o dendrites yn dangos twf cyson, tra bod nifer y dendrites mewn twf sefydlog yn y parth estyniad a chorff y llafn yn gymharol.
Grisial streipiog
Mae crisialau striated yn fath o nam llinellol cul ar wyneb castio, sy'n digwydd yn bennaf ar ran uchaf llafn castio. Yn gyffredinol maent tua 1 mm o led a sawl un i ddegau o mm o hyd, gyda man cychwyn adnabyddadwy. Yn gyffredinol maent yn diflannu ar ôl tyfu am ychydig centimetrau, ond gallant hefyd ehangu'n ochrol i'r llafn gyfan, gan ddatblygu o nam llinol i nam ar raddfa fawr tri dimensiwn a thrawsnewid yn nam grisial amrywiol. Mae cyfeiriad y grisial streak bob amser yn gyson yn y bôn â chyfeiriad twf y dendrite yn y lleoliad hwnnw.
Mae ymddangosiad crisialau streak yn ganlyniad i'r ffaith bod prif foncyff dendrite sengl ar wyneb y castio yn cael ei rwygo i ffwrdd yn y parth mushy, ond mae'n cael ei weldio gan yr hylif gweddilliol, gan ddangos man cychwyn amlwg. Y prif reswm dros y rhwygo hwn yw bod y crebachu dendrite a achosir gan adlyniad y gragen yn cael ei rwystro'n ddifrifol neu os yw'r cryfder dendrite yn cael ei ddifrodi'n ddifrifol oherwydd torri'r cynhwysiant. Bydd y dendrite wedi'i rwygo yn cael rhywfaint o wyro'n gyffredinol, gan ffurfio grawn cul wedi'i amgáu gan ffin grawn ongl fach ar strwythur y matrics [12].
Ailrystallization
Mae SX yn cynnwys y cyfnod yn bennaf a 'chyfnod ar ffurf cyfuniad ewtectig. Pan fydd yr egni lleol yn uchel oherwydd crynodiad y straen dadffurfiad yn ardal leol yr wyneb, ac yna pan fydd yn cyrraedd tymheredd penodol yn y gwres dilynol, mae'r 'cyfnod yn hydoddi yn yr aloi grisial sengl. Ar ôl ei ddiddymu, mae'n hawdd iawn ffurfio strwythur cellog yn yr ardal ddiddymu cyfnod. Mae ailrystallization wyneb SX yn cychwyn gyntaf yn ardal gwialen dendrite yr wyneb. Mae'r sefydliad cychwynnol yn gellog. Yna mae'r grawn yn dechrau tyfu'n raddol i'r cyfnod ewtectig / ardal 'sy'n cynnwys cyfnod bras'. Mae rhyngwyneb clir rhwng y 'grawn crisial a'r matrics [13] yn cyd -fynd â thwf grawn wedi'u hailrystaleiddio. Cyflwr pwysig ar gyfer ffurfio grawn wedi'i ailrystaleiddio: diddymu'r cyfnod cast.
