Ishlab chiqilgan havo sovutgichli quyish usuli yordamida sanoat sharoitida yagona kristalli pichoqlarni yo'nalishli qattiqlashtirish
Ushbu maqolada gazni sovutishning DGCC gaz sovutish quyish jarayoni tomonidan ishlab chiqarilgan yagona kristalli pichoqlarning mikro tuzilishini tozalashga ta'siri o'rganildi. Birlamchi dendrit qo'l oralig'i (PDAS) havo plyonkasidagi eng yuqori qiymatga va pichoq platformasidagi eng past qiymatga etadi. Biroq, Bridgman usulidan foydalanilganda, PDAS qiymati pichoq bo'ylab teskari yo'nalishda o'zgaradi. DGCC gazni sovutish quyish usuli an'anaviy radiatsion sovutish bilan solishtirganda pichoq platformasida PDAS qiymatining taxminan 100 mkm ga kamayishiga olib keladi.
Nikel asosidagi super qotishmaning yo'nalishli qotib qolishi jarayonida dendrit strukturasi birlamchi dendrit qo'l oralig'ini (PDAS) kamaytirish va qotib qolish jabhasida eksenel harorat gradientini oshirish yo'li bilan tozalanadi, buning natijasida yagona ish harorati va mexanik xususiyatlarini yaxshilaydi. kristall pichoqlar. Bridgman usulida ishlov beriladigan qism va o'choq o'rtasidagi radiatsion issiqlik almashinuvi mog'or qobig'ini sovutish samaradorligini sezilarli darajada cheklaydi, shuning uchun harorat gradientini pasaytiradi va dendrit mikro tuzilishini yaxshilashga yordam bermaydi. Shu sababli, monokristal sifatini va jarayon rentabelligini oshirish uchun suyuq metallni sovutish (LMC), gazni sovutish quyish (GCC), pastga yo'naltirilgan qotib qolish (DWDS) va suyuqlashtirilgan uglerod qatlamini sovutish kabi yo'nalishli qotib qolishning muqobil usullari ishlab chiqildi. usuli (FCBC).
Yuqorida aytib o'tilgan usullarda, radiatsiya sovutishdan tashqari, konveksiya sovutish asosan qolib qobig'ining sirtini issiqlik chiqarish samaradorligini oshirish uchun ishlatiladi. Suyuq metallni sovutish (LMC) va suyuq uglerodli qatlamni sovutish (FCBC) usullarida qolib qobig'i mos ravishda sovutish hammomiga va suyuq to'shakka botiriladi. Gaz bilan sovutilgan quyma (GCC) va pastga yo'naltirilgan qattiqlashuv (DWDS) usullarida, quyma pechning isitish zonasidan harakatlanayotganda sovutish uchun qobiq yuzasiga gaz yuboriladi. Inert sovutish gazlari yordamida pichoq ishlab chiqarish usullarining davom etishi ushbu usullarning katta imkoniyatlarini ko'rsatadi, chunki LMC suyuq metallni sovutish usuli bilan solishtirganda xarajat nisbatan past, ish qismining mikro tuzilishi Bridgman usuli bilan solishtirganda yaxshilanadi. Konter va boshqalar. inert sovutilgan gazlar yordamida katta gaz turbinasi (IGT) pichoqlarini yasash usulini ko'rsatdi, Vang va boshqalar. kichik aviatsiya turbinasi pichoqlarini ishlab chiqarish uchun ushbu usuldan foydalangan. Bu inert sovutish gazidan foydalanish harorat gradientini samarali yaxshilash va dendrit tuzilishini yaxshilashning samarali usuli ekanligini isbotlash uchun etarli. Ushbu usullar samarali bo'lsa-da, ular sanoat miqyosida pichoq ishlab chiqarishda juda cheklangan qo'llanilishi mumkin, ayniqsa, bir vaqtning o'zida bir nechta quyma murakkab qoliplarga bir vaqtning o'zida joylashtirilgan.
Ko'p tarkibiy qismlarga ega bo'lgan murakkab qobiqdan foydalanish, issiqlik ekranining qobiqning tashqi profiliga mos kelishini juda murakkablashtirishi mumkin. Bu gazning potentsial ravishda komponentlar o'rtasida yuqoriga oqib chiqishiga olib keladi, bu o'choq ichidagi isitish kamerasida joylashgan qolib qobig'ini sovutish uchun qulay emas. O'z navbatida, ko'krakni suv bilan sovutilgan halqa tomon pastga qarab o'zgartirish quyma pasta mintaqasining qattiqlashishiga inert gaz oqimining termal ta'sirini kamaytirishi mumkin. Nashr qilingan qog'oz tahlili shuni ko'rsatadiki, sovutish gazlaridan foydalangan holda yo'nalishli qotib qolish usullari yuqori salohiyatga ega. Biroq, hozirgi vaqtda ushbu usulni bir nechta komponentlarga ega bo'lgan murakkab seramika mog'or ishlab chiqarish pichoqlariga qo'llash haqida hech qanday ma'lumot yo'q. Shu sababli, Sikovok ishlab chiqilgan gaz sovutish quyish (DGCC) ilg'or gaz sovutish quyish usuli deb nomlangan inert gazli sovutish qoliplari qobig'idan foydalangan holda nikel asosidagi super qotishma turbinali pichoqlar uchun sanoat miqyosli yo'nalishli qattiqlashuv texnologiyasini ishlab chiqishga harakat qildi. Ushbu tadqiqotda qolib qobig'i issiqlik qalqoni ostida joylashgan bir nechta nozullardan supersonik tezlikda inert gazni quyish orqali sovutilgan. O'zgaruvchan burchakli nozullardan foydalanish inert gaz oqimini bir nechta quyma bilan murakkab shakldagi qobiq yuzasiga to'g'ri yo'naltirishi mumkin. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, gazni sovutishdan foydalanish Bridgman usulida an'anaviy radiatsiyaviy sovutish bilan solishtirganda, sovutish tezligini oshirish va bir kristalli pichoq platformasida birlamchi dendrit qo'l oralig'ini (PDAS) kamaytirishga yordam berdi. Dastlabki natijalar shuni ko'rsatadiki, DGCC gazni sovutish quyish usuli sanoat miqyosidagi ishlab chiqarishda aeromotorlar uchun yuqori sifatli yagona kristalli super qotishma pichoqlarini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.
CMSX-4 nikel asosidagi super qotishmalarning sinov quyishlari simulyatsiya qilingan pichoqlarni ishlab chiqarish uchun standart Bridgman va DGCC gazli sovutish quyishlari yordamida yo'nalish bo'yicha mustahkamlandi. Shu maqsadda sopol qolip chig'anoqlarini tayyorlash uchun asos sifatida ikki xil mum qolip komponentlari tayyorlangan [1(f) va (g)-rasm]. Mum qoliplari agregatlari 250 mm diametrli sovutish plitasi modeli, quyish tizimi, quyma stakan, sakkizta simulyatsiya qilingan pichoqlar va kristall yig'uvchilar va ko'taruvchilarni o'z ichiga oladi.
Pichoqlar 1 (f)-rasmda ko'rsatilganidek joylashtiriladi. Keyin komponentlar sopol shlamga botiriladi, so'ngra alumina zarralari mog'or qobig'ining birinchi qoplamasini hosil qilish uchun suyuq to'shakka sepiladi. Ikkinchi qatlamda mullit ishlatilgan. Yuqoridagi ikki bosqich jami to'qqizta qatlamni olish uchun takrorlandi, qobiq devori uchun o'rtacha qalinligi taxminan 7 mm [1-rasm (g)].
Mum qolipi mog'or qobig'ining ichki qismidan eriydi, keyin u 800 daraja Selsiyga oldindan qizdiriladi. Tayyorlangan qolip qobig'ini o'choqdagi sovutish kamerasining sovuq plastinkasiga o'rnating [1-rasm (b)]. Yagona kristalli pichoqni yo'nalishli qotishning birinchi bosqichi JetCaster vakuumli indüksiyon eritish pechida DGCC gazli sovutish quyish usuli bilan amalga oshirildi va qolib sovutishni kuchaytirish uchun argon gazi qo'shildi. Pech isitish va sovutish kamerasidan, ma'lum bir tezlikka ega bo'lgan qolip qobig'ini tortish tizimidan iborat bo'lib, sovutish kamerasiga inert gazlarni oqishi mumkin bo'lgan tizim bilan jihozlangan [1(a) dan (v)-rasm]. Qobiq sovutish plitasiga o'rnatiladi va o'choq ichidagi isitish kamerasiga o'tkaziladi, u 125 kVt quvvatga ega ikki zonali induksion isitgich yordamida 1520 daraja Selsiygacha isitiladi. Keyin qizdirilgan qolip CMSX-4 eritilgan nikel asosidagi bir xil haroratdagi super qotishma bilan to'ldiriladi va pechning isitish zonasidan sovutish zonasiga turli tezliklarda tortiladi. Chiqib ketish tezligi starter va selektor hududlarida 3 mm/min, pichoq hududida 12 mm/min ni tashkil qiladi [1(k)-rasm]. Uzluksiz zonada (separatordan pichoqqa o'tish zonasi) tortib olish tezligi asta-sekin o'sib boradi.
