Y Gelfyddyd o Reoli Manwl: gofannu isothermol a sicrhau ansawdd llafnau tyrbinau
Oherwydd thermoplastigedd cyfyngedig aloi TiAl, mae angen ei ffugio ar dymheredd uchel a chyfradd straen isel iawn. Gall offer ffugio isothermol ddarparu amgylchedd cymharol isothermol a chyfradd straen araf. Mae'r broses gofannu llafn TiAl confensiynol fel a ganlyn: mae biled castio neu far allwthiol yn cael ei ffugio'n rhannol yn biled gofannu, ac yna'n cael ei baratoi ymhellach i'r ffugio ymlaen llaw, ac mae'r llafn yn cael ei baratoi trwy ffugio ymlaen llaw a gofannu terfynol. Yn y modd hwn, mae llafn yr Almaen Rolls-Royce BR715 HPC yn cael ei wneud gan 3- gofannu isothermol cam, ac mae'r rhan olaf yn cael ei baratoi trwy driniaeth wres a pheiriannu (Ffigur 1).
Ffig.1 Camau gofannu llafn (a) a llafnau wedi'u peiriannu (b)
Y llafnau a ddangosir yn FIG. 2 yw llafnau cywasgydd Ti45AL8NB0.65 (B, C) a gynhyrchwyd gan Thyssen Company ar gyfer Rolls Royce gan ddefnyddio'r llwybr a ddangosir yn FIG. 2a, sydd â chryfder tymheredd uchel rhagorol. Yn 2016, cyhoeddodd MTU fod llafn tyrbin pwysedd isel ffug TNM wedi'i gymhwyso i injan PW1100G-JM yr awyren A320, ac mae wedi cwblhau ei hediad cyntaf. Mae llafnau aloi TiAl ffug yn dangos rhagolygon cymhwysiad gwych, ac o 2015, mae 10,{13}} llafnau aloi TNM ffug wedi'u cydosod ar gyfer peiriannau PW1100G. Mae aloi TNM yn dangos eiddo gweithio poeth da, a cheir microstrwythur delfrydol a phriodweddau mecanyddol cynhwysfawr trwy ffugio biled castio ddwywaith a thriniaeth wres dilynol.
Ffig.2 Llafnau Ti45Al8Nb0.5(B,C) a gynhyrchwyd gan Thyssen ar gyfer Rolls-Royce
Er mwyn cynyddu effeithlonrwydd cynhyrchu, cafodd y biled bar byr-allwthio ei ffugio'n uniongyrchol i'r Ti-45Al-5Nb-0.2B-0.2C(TNB-V4) llafnau aloi HPC yr injan prawf Rolls-Royce E3E. Er mwyn cynyddu'r cynnyrch ymhellach a'i wneud yn fwy darbodus, cynlluniwyd marw ar gyfer creu rhannau llafn lluosog (yn enwedig llafnau cywasgydd llai) ar unwaith. Cafodd 30 o geudodau union yr un fath eu peiriannu ar ddisg molybdenwm gyda diamedr o Φ600 mm. Y tu allan i'r wasg, mae'r marw isaf yn cael ei lwytho â rhannau preform, ac mae'r marw a'r gwag cyfan yn cael eu gosod yn siambr y wasg a'u gwresogi i'r tymheredd ffugio ar gyfer gofannu isothermol. Gyda'r dull hwn, gellir ffugio 30 llafn ar y tro (Ffigur 3).
Ffig.3 Marw gyda sawl rhan wedi'i ffugio ymlaen llaw(a) a llafn ar ôl gofannu(b)
Er y gall gofannu isothermol ddatrys y broblem o ffurfio llafn TiAl yn anodd yn effeithiol, oherwydd bod y mowld a'r gofannu yn cael eu gwresogi i 1150 gradd, er mwyn atal colli tymheredd rhannau yn y broses ffugio hirdymor, mae'r mowld wedi'i wneud o aloi molybdenwm gyda gwrthsefyll gwres uchel. Er mwyn amddiffyn y deunydd llwydni rhag ocsideiddio, mae angen gwactod neu nwy anadweithiol yn y siambr ffugio. Mae llafn tyrbin pwysedd isel aloi TNM o injan PW1134G hefyd yn cael ei wneud gan ffugio marw isothermol gwactod gyda llwydni aloi molybdenwm. Defnyddiodd canolfan ymchwil GKSS yr Almaen yr aloi TNB allwthiol caeedig ar gyfer peiriannu uniongyrchol neu wedi'i gyfuno â gofannu isothermol i wneud llafn aloi TiAl cywasgydd pwysedd uchel, a ddaeth yn brif ddull paratoi ar gyfer llafn aloi TiAl cywasgydd pwysedd uchel.
TETSUI T et al. dyfeisio aloi TiAl newydd, sydd wedi'i rannu'n Ti-42Al-5Mn(%, ffracsiwn màs). Mae'r broses weithgynhyrchu yn defnyddio prosesu poeth traddodiadol, lle mae'r ingot yn cael ei gynhesu i 1300 gradd C ar gyfer triniaeth wres a'i oeri i tua 1200 gradd C ar gyfer gofannu neu rolio, fel y dangosir yn Ffigur 12. Mae'r dull peiriannu hwn yr un peth â'r marw poeth cyffredin dull ffurfio ffugio, felly mae'r broses weithgynhyrchu llafn yn lleihau'r broses allwthio poeth y bar, yn lleihau'r gost yn sylweddol, a gall weithgynhyrchu cydrannau mwy. Mae gan y llafn ffug microstrwythur mân iawn, sy'n gwneud y cryfder tynnol yn uchel iawn ar dymheredd canolig ac isel. Fodd bynnag, oherwydd dylanwad cam, mae cryfder tymheredd uchel yr aloi hwn yn gostwng yn sylweddol, sy'n anodd ei ddefnyddio ar gyfer rhannau tymheredd uchel hirdymor megis turbochargers, ac mae'n fwy addas ar gyfer tymheredd isel neu llafn tymheredd uchel tymor byr. rhannau.
Ffig.4 Llafnau aloi TiAl wedi'u gwneud gan Mitsubishi Heavy Industries
(a) a'u priodweddau (b)
Mae'r efelychiad aml-gam o broses ffugio marw isothermol o llafn aloi TiAl yn cael ei wneud gan efelychiad elfen gyfyngedig, a all feistroli'r gyfraith rheoleg materol yn effeithiol, dadansoddi dylanwad paramedrau proses, gwneud y gorau o'r broses a dylunio marw. Ar yr un pryd, gall yr efelychiad elfen feidraidd nid yn unig fyrhau'r cylch cynhyrchu a lleihau'r gost, ond mae ganddo hefyd arwyddocâd arweiniol pwysig ar gyfer dyfnhau'r wybodaeth am gyfraith ffurfio llafn aloi TiAl a gwneud y gorau o broses ffurfio'r llafn. Dywedodd Xin Jingjing et al. defnyddio meddalwedd elfen feidraidd Deform-3D i efelychu proses ffugio isothermol llafn aloi Nb-TiAl uchel, a daeth i'r casgliadau canlynol: Mae dosbarthiad straen cyfatebol corff llafn a thynon y llafn mewn gofannu isothermol yn unffurf, a gyda'r cynnydd mewn cyflymder cywasgu marw uchaf a thymheredd preheating, mae'r grym canolig effeithiol yn gostwng yn ystod anffurfio, sy'n ffafriol i ailgrisialu deinamig digwydd. Gellir gwella ansawdd gofannu llafn aloi Nb-TiAl pan fo cyflymder gwasgu'r marw uchaf yn 1.0 ~ 1.5 mm·s-1 a'r tymheredd cynhesu yn 1250 ~ 13 00 gradd . Roedd Guan Hong et al. gwneud Ti-46Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni gofannu llafn isothermol. Mae'r canlyniadau'n dangos bod gofannu isothermol aloi TiAl ynghyd â ffugio ymlaen llaw a gofannu terfynol yn ymarferol. Tymheredd gwresogi aloi tial yw 1200 ~ 1250 gradd, a dylai'r sampl gael ei ddiogelu gan gasin i atal y tymheredd rhag gostwng yn rhy gyflym yn ystod y broses drosglwyddo. Y gyfradd anffurfio yw 0.02 ~ 0.07mm ·s-1, a rheolir yr anffurfiad ar 20% ~ 40%. Yn ddiweddar, mabwysiadodd ein tîm ac AVIC Power Co., Ltd y dull o gyfuno efelychiad a dilysu prawf ar y cyd, cael y paramedrau proses priodol trwy feddalwedd efelychu elfennau meidraidd Deform, a pharatoi llafnau aloi TNM trwy ffugio isothermol bron. roedd technoleg sy'n defnyddio llwydni Ni3Al (FIG. 5), yn cymharu gwahanol broffiliau trawstoriad o lafnau. Gall cywirdeb rhagfynegiad proses ffugio isothermol agos fod yn fwy na 90% yn ôl efelychiad elfen gyfyngedig. O'i gymharu â phroses gofannu isothermol (gwactod) traddodiadol, mae ganddo fanteision effeithlonrwydd uchel, dim gwactod, rheolaeth siâp drachywiredd hawdd a chost proses isel.
Ffig.5 Llafn ffug (a) a gwirioneddol(b) ger-isothermol wedi'i ffugio
Er mwyn archwilio perfformiad gofannu aloi TiAl ar dymheredd isel, defnyddiodd WANG X et al a ZHANG H et al ddull elfen feidraidd i ddadansoddi'r broses gofannu marw isothermol o gynnwys Nb uchel llafn aloi TiAl ar dymheredd isel, a pharatowyd yn llwyddiannus DS uchel. llafn aloi -tial gydag ansawdd wyneb uchel a pherfformiad (FIG. 6). Yn ystod y broses ffurfio llafn aloi TiAl, gellir atal diffygion plygu'r llafn a gellir lleihau grym ffurfio'r llafn trwy optimeiddio siâp a maint y rhan sydd wedi'i ffurfio ymlaen llaw. Pan fo'r tymheredd yn is na 1000 gradd, ychydig iawn o ddylanwad sydd gan y tymheredd gofannu a'r gyfradd straen ar ddosbarthiad terfynol straen effeithiol y llafn a wneir o ffugio marw isothermol. Gyda'r cynnydd yn y tymheredd ffugio a'r gostyngiad yn y gyfradd straen, mae straen effeithiol terfynol llafn ffugio yn lleihau ac mae ei ddosbarthiad yn raddol yn unffurf. Paratowyd y llafn aloi Nb-TiAl uchel yn llwyddiannus ar gyfradd straen is na 0.01 mm·s-1 a thymheredd is na 950 gradd, ac ni ffurfiwyd unrhyw graciau macrosgopig ar y llafn. Ar yr un pryd, mae Sefydliad Technoleg Harbin wedi datblygu'r offer prosesu poeth isothermol gwactod cyntaf a all wireddu swyddogaethau ffugio isothermol gwactod ac allwthio isothermol, ac fe'i defnyddiwyd wrth baratoi rhannau ffugio isothermol aloi TiAl. Nid yn unig y gellir defnyddio'r ddyfais hon ar gyfer dadffurfiad isothermol aloi TiAl, ond mae ganddi hefyd werth cymhwysiad pwysig wrth baratoi cydrannau disg superalloy powdr.
Ffig.6 Uchel llafn aloi Nb-TiAl a baratowyd gan broses gofannu marw isothermol tymheredd isel
TETSUI T et al. dyfeisio aloi TiAl newydd, sydd wedi'i rannu'n Ti-42Al-5Mn(%, ffracsiwn màs). Mae'r broses weithgynhyrchu yn defnyddio prosesu poeth traddodiadol, lle mae'r ingot yn cael ei gynhesu i 1300 gradd C ar gyfer triniaeth wres a'i oeri i tua 1200 gradd C ar gyfer gofannu neu rolio, fel y dangosir yn Ffigur 12. Mae'r dull peiriannu hwn yr un peth â'r marw poeth cyffredin dull ffurfio ffugio, felly mae'r broses weithgynhyrchu llafn yn lleihau'r broses allwthio poeth y bar, yn lleihau'r gost yn sylweddol, a gall weithgynhyrchu cydrannau mwy. Mae gan y llafn ffug microstrwythur mân iawn, sy'n gwneud y cryfder tynnol yn uchel iawn ar dymheredd canolig ac isel. Fodd bynnag, oherwydd dylanwad cam, mae cryfder tymheredd uchel yr aloi hwn yn gostwng yn sylweddol, sy'n anodd ei ddefnyddio ar gyfer rhannau tymheredd uchel hirdymor megis turbochargers, ac mae'n fwy addas ar gyfer tymheredd isel neu llafn tymheredd uchel tymor byr. rhannau.
