În turbine cu gaz, turnare din oțel din aliaj la temperatură ridicată este una dintre tehnologiile de bază pentru fabricarea lamelor de turbină și a componentelor camerei de ardere. Aceste componente trebuie să reziste la condiții de muncă extreme, inclusiv la temperaturi ridicate, presiune ridicată, gaze corozive și stres mecanic.
Aplicarea lamelor de turbină
Mediul de lucru și cerințele de performanță
Lamele de turbină sunt una dintre cele mai critice componente din turbinele cu gaz, expuse direct la debitul de gaze cu temperatură ridicată, iar temperatura poate fi până la 1000 ° C sau mai mult.
Turnările din oțel din aliaj de temperatură ridicată trebuie să aibă următoarele proprietăți:
Rezistență la temperatură ridicată: capacitatea de a menține rezistența și stabilitatea în mediul la temperaturi ridicate pentru o lungă perioadă de timp.
Rezistență la fluaj: Prevenirea deformării plastice în condiții de temperatură ridicată și de stres ridicat.
Rezistența la oxidare: Rezistați oxidarea la temperatură ridicată și evitați formarea stratului de oxid fragil pe suprafață.
Rezistența la oboseală termică: Faceți față ciclurilor frecvente de pornire și fluctuațiilor de temperatură.
Selectarea materialelor
Aliaj de temperatură ridicat pe bază de nichel:
Materialul cel mai frecvent utilizat cu rezistență excelentă la temperatură ridicată, rezistență la oxidare și rezistență la fluaj.
Notele comune includ Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, etc.
Superalloy-uri bazate pe cobalt:
Are o rezistență mai mare la oxidare și o rezistență la coroziune și este potrivit pentru utilizare în medii extrem de corozive.
Gradele comune includ Haynes 188, Mar-M 509 etc.
Superalloys pe bază de fier:
Are costuri mai mici, dar rezistența sa la temperatură este ușor inferioară celei de aliaje pe bază de nichel și pe bază de cobalt și este potrivită pentru zonele de temperatură medie.
Proces de turnare
Casting de investiții
Turnarea investițiilor este principalul proces pentru fabricarea lamelor turbinei, care pot obține forme complexe și o precizie ridicată.
Folosind matrițe ceramice, lamele fără defecte sunt produse prin turnarea investițiilor.
Canalele de răcire interne (cum ar fi lamele goale) pot fi fabricate pentru a îmbunătăți eficiența disipației căldurii.
Solidificare direcțională (DS)
Prin controlul direcției de solidificare, boabele cresc într -o direcție specifică, reducând numărul de limite de cereale și, astfel, îmbunătățind rezistența la fluier.
Turnare cu un singur cristal (SC)
Lamele cu un singur cristal nu au granițe de cereale, au o rezistență mai mare la temperatură și o rezistență la fluaj și sunt prima alegere pentru lamele de turbină de înaltă calitate.
Tratament de suprafață
Tehnologie de acoperire:
Acoperirea barierei termice (TBC): materialele ceramice (cum ar fi oxidul de zirconiu) sunt acoperite pe suprafața lamei pentru a reduce temperatura substratului și a prelungi durata de viață a serviciului.
Acoperire anti-oxidare: cum ar fi acoperirea cu aluminidă sau mcraly (metal crom din aluminiu yttrium) pentru a îmbunătăți capacitatea de anti-oxidare.
Design de răcire:
Temperatura de suprafață a lamei este redusă prin canalele de răcire interne și tehnologia externă de răcire a filmelor de aer.
Aplicarea componentelor camerei de combustie
Mediul de lucru și cerințele de performanță
Componentele camerei de combustie sunt direct în contact cu gazele de ardere la temperaturi ridicate și sunt supuse mediilor de înaltă presiune și corozive (cum ar fi sulfuri și oxizi de azot).
Principalele cerințe de performanță includ:
Rezistență la temperatură ridicată: capabil să reziste la temperaturi de ardere peste 1500 ° C.
Rezistența la coroziune: Rezistați eroziunea prin produse de ardere.
Stabilitate structurală: menține forma geometrică neschimbată la temperaturi ridicate și presiune ridicată.
Selectarea materialelor
Aliaj la temperatură ridicată pe bază de nichel: utilizat pe scară largă în componentele camerei de ardere, cu o rezistență excelentă la temperatură ridicată și proprietăți anti-oxidare.
Notele comune includ Inconel 617, Hastelloy X, etc.
Aliaje de temperatură înaltă bazată pe cobalt:
Folosit în zonele de temperatură ridicată în camerele de ardere, cu o rezistență mai bună la coroziune.
Proces de turnare
Turnare de precizie:
Folosit pentru fabricarea garniturilor de camere de ardere complexe, a tuburilor de flacără și a altor componente.
Prin optimizarea procesului de turnare, grosimea peretelui componentelor este asigurată a fi uniformă și concentrația de tensiune termică este redusă.
Sudarea și asamblarea:
Pentru componente mari ale camerei de combustie, turnarea și sudarea segmentate sunt de obicei adoptate.
Tratament de suprafață
Acoperirea barierei termice (TBC):
Acoperirea ceramică este aplicată pe peretele interior al camerei de ardere pentru a reduce temperatura substratului și pentru a îmbunătăți rezistența la căldură.
Acoperire anti-oxidare:
Îmbunătățiți rezistența la oxidare a componentelor camerei de ardere și extinderea duratei de viață.
Design de răcire:
Componentele camerei de combustie sunt de obicei proiectate cu structuri de răcire poroasă pentru a reduce temperatura prin răcirea filmului și răcirea convecției.
Avantajele turnării din oțel din aliaj la temperaturi ridicate
Capacitatea de fabricație a formelor complexe
Turnarea din oțel din aliaj la temperaturi înalte poate produce geometrii complexe, cum ar fi structurile goale și canalele de răcire ale lamelor turbinei.
Această abilitate este esențială pentru optimizarea performanței componentelor (cum ar fi îmbunătățirea eficienței de răcire).
Aplicabilitatea materialelor de înaltă performanță
Oțelul din aliaj la temperatură ridicată are o rezistență excelentă la temperatură ridicată, rezistență la oxidare și rezistență la fluaj, care poate răspunde nevoilor condițiilor extreme de muncă ale turbinelor cu gaz.
Viață lungă și fiabilitate
Prin procese de turnare avansate și tehnologii de tratare a suprafeței, piesele turnate din oțel din aliaj la temperaturi ridicate pot funcționa stabil și pentru o lungă perioadă de timp în medii de înaltă presiune, presiune ridicată și corozivă.
Aplicarea turnării din oțel din aliaj la temperaturi ridicate în turbine cu gaz se reflectă în principal în fabricarea lamelor de turbină și a componentelor camerei de ardere. Aceste tehnologii nu numai că răspund nevoilor condițiilor extreme de muncă ale turbinelor cu gaz, dar promovează și progresul tehnologic în domeniile aerospațiale și energiei.
