בחירת תהליך הליהוק עבור להבים אווירוקל הוא החלטה הנדסית קריטית המשפיעה ישירות על ביצועי המנוע, יעילות הדלק, חיי השירות, בטיחות הטיסה.הפעלה בטמפרטורות לעתים קרובות מעל 1,500 מעלות צלזיוס (2,732F) ותחת עומסים צנטריפוגאליים קיצוניים, להבים טורבינות חייב להיות מיוצר מעמודי העל של זמן גבוהים עם מיקרו-מבנה מבוקר בדיוק.

מפתח ב-Llock Process

מטריקס ההחלטה עבור בחירת תהליך הליהוק כרוך איזון מספר פרמטרים בין-תלויים.הבנת הגורמים האלה היא הצעד הראשון לקראת קבלת בחירה מושכלת.

דרישות התאמה חומרית ודרישות Alloy

להבים טורבינות אוויריים מיוצרים בדרך כלל מ ⁇ המבוססים על ניקל (למשל, Inconel 718, רנה 41, CMSX-4 או סגסוגת מבוססת קובלט.חומרים אלה מפגינים כוח גבוה בטמפרטורות גבוהות אבל יש גם טווח אי-הפצה צר, תגובתיות גבוהה עם חומרי עובש, ונטייה ליצור שלבים מזיקים אם שיעורי הקירור אינם נשלטים בקפידה על תהליך הליקה:

  • צמצם את הטמפרטורה והנוזליות של ⁇ .
  • למנוע תגובות כימיות בין המתכת המולטן לבין עובש (למשל, באמצעות קרמיקה אינרט).
  • העצמה מבוקרת כדי להימנע ממיקרו-פורוזיות, מדמיע חם והפרדה.

מורכבות גיאומטרית ותכונות פנימיות

להבים טורבינות מודרניים אינם רק אווירי; הם מכילים מעברים פנימיים מורכבים, ערוצי נחשין, ו חריצים פורצי דרך שמקדמים קירור קולקטיבי.תהליכים כגון ליהוק השקעות (lost-wax) וייצור תוספי יכול לייצר תכונות אלה, בעוד הליהוק המסורתי לא יכול.הבחירה חייבת לקחת בחשבון את הצורך כדי לטשטש את החללים הפנימיים באמצעות ליבות קרמיקה כי יש צורך מאוחר יותר להיות מכווץ.

ייצור נפח ומבנה עלויות

ייצור גבוה של להבים זהים (למשל, עבור צי של מנועים) מעדיף תהליכים עם אחריות גבוהה בעלות עלות נמוכה עלות חלקית למרות השקעה ראשונית גבוהה יותר של כלי רכב נמוך ריצה - פרוטיפים, חלקי חילוף, או ייצור קטן באטץ' - עשוי לאשר גמישות והורדת עלויות כלי.

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: "ה'" (ב)"ב)" (ב"ב) "התחילה" (ב"ב) היא אחת למאות) בשל עלויות של כלי רכב נמוך.
  • (FLT:0) חיזוקים רציונאליים / גביש יחיד:FreaLT:1 שימש עבור ערכים גבוהים, רכיבים ביקורתיים בנפח נמוך.

דרישות ביצועים מכניות

להבים טורביין חייבים לעמוד בפני חלחול, עייפות תרמית, חמצון, עייפות מחזורית גבוהה.תהליך הליהוק מכתיב חזק את מבנה הדגנים:

  • דגנים Equiaxed (הליכוד קונבנציונלי) מציעים תכונות בינוניות.
  • גרגרי טור (הגנה עקיפית) מיישרים גבולות דגנים במקביל לציר הלחץ, צמצום המצטמח.
  • להבים חד-קריסטל מבטלים את גבולות הדגנים לחלוטין, למקסם את ההתנגדות המצמררת והעייפות.

The required combination of strength, ductility, and life under cyclic loading will determine whether a standard or advanced casting route is needed.

מעבר לסיומו ולסובלנות ממדית

יעילות האירודינמי של להב טורבינות תלויה משטחים חלק וסובלנות הדוקה על צורת האוויר ועיוות.השקעות יציקה יכול להשיג ערכים גסים משטח של Ra 0.8-3.2 μm וסובלנות של ±0.1 מ"מ ל 25 מ"מ.S.Hotch חול מניב משטחים קשים (Ra 6.3-1 μm) וסובלנות רופפת יותר (FLT:0.

סקירה מפורטת של תהליכי היטל הנפוצים

תהליך של Lost-Wax

ליהוק השקעות הוא התהליך הדומיננטי עבור להבים אווירופייס, חשבונאות עבור 80% של כל להבים המיוצרים.התהליך מתחיל עם דפוס שעווה ששכפל את הגיאומטריה הלהב, כולל תכונות פנימיות באמצעות ליבות קרמיקה מראש.הרכבת השעווה מוצפת שוב ושוב בכריחות קרמיקה ומדומם כדי לבנות פגם עבה (4-10 שכבות).

(ב) ויקרא י"ד:

  • דיוק ממדי טוב ומשטח נגמר.
  • היכולת להטיל קירות דקים (במרחק של 0.5 מ"מ) וגיאומטריה פנימית מורכבת.
  • מתאים לכל Superalloys, כולל אלה עם תוכן אלומיניום / טיטניום גבוה.
  • במהירות מהירה יחסית לשוק עבור עיצובים חדשים (שבועות לעומת חודשים לזייף).

(ב) ,0) ,(ב) ,

  • עלויות כלי גבוה ותבניות; כלכליות רק עבור כרכים בינוניים עד גבוהים.
  • סדקים יכולים להתרחש אם שיעורי הקירור אינם נשלטים.
  • נדרש שליטה מדויקת על איכות הליבה של קרמיקה כדי להימנע מפירוק.

ליהוק השקעות הוא הבסיס עבור רוב להבים טורבינות מסחריות וצבאיות.זה לעתים קרובות בשילוב עם סולידריות כיוון או טכניקות חד-קריסטל יחיד כדי לשפר את התכונות המכניות.

סולידריות קדמית (DS) ו- Single-Crystal (SX)

ליהוק השקעות סטנדרטי מייצר דגנים שווים. עבור להבים הפועלים בחלקים החמים ביותר של המנוע, ייצוב כיוון משמש כדי ליישר גבולות דגנים לאורך ציר האורך של להב, שיפור משמעותי כוח מצמרר.התהליך משתמש צלחת צונן וסגירה: התבנית מחומם מעל נקודת ההיתוך של ⁇ ולאחר מכן לסגת לאט מן הפרווה, מהגורם להמשיך את ההתארגנות מוצקה רק עם גרגריה צ'רצ'ר.

ליהוק חד-קריסטל לוקח את זה צעד נוסף על ידי שימוש בסלק גרגר (מעבר helical או "pig-tail") המאפשר רק גרגר אחד להתפשט דרך הלהב כולו.התוצאה היא להב ללא גבולות דגנים, השגת השבר הגבוה ביותר האפשרי והתנגדות עייפות.כל הטורפות בלחץ גבוה מודרני בטורפים גדולים (למשל, GE,9, רולס-Ros-Tcry) הם רווקים.

(ב) ויקרא י"ד:

  • חיסול של חיץ דגנים ופיגוע חמצון.
  • עד 30 מעלות שיפור ביכולת הטמפרטורה התפעולית בהשוואה להבים מזוהמים.
  • עייפות תרמית גבוהה ועייפות מחזור נמוכה חיים.

(ב) ויקרא י"ד:

  • זמנים איטיים מאוד של הגשמה (שעות להב), עלייה בעלויות.
  • שליטה על טמפרטורת פרווה ומהירות הנסיגה.
  • רגישות גבוהה להיווצרות דגנים נודדים; כל אירוע נינקיה יכול להרוס את הכיוון הקריסטלי.
  • ליבות מורכבות וקרמיקה יקרות דרושים לערוצי קירור.

חולות

הליכוד חול נשאר רלוונטי עבור הילוך נמוך, חלקי חילוף, ו להבים גדולים יותר (למשל, להבים טורבינות בלחץ נמוך או נדרים) שבו מעבר ודרישות סובלנות פחות מחמירים. ביעת חול, דפוס (לעתים קרובות עשוי מעץ או מתכת) הוא לחץ לתוך תערובת של חול כדי ליצור חלל.

(ב) ויקרא י"ד:

  • עלויות נמוכות וזמן ההתקנה הקצר.
  • גמישות לייצר חלקים גדולים מאוד (להבות מעל 1 מטר ארוך).
  • בקלות תבנית יעילה לעיצוב של מסלולים.

(ב) ,0) ,(ב) ,

  • משטחים עניים מסיימים ודיוק ממדי (requires נרחב machining).
  • סיכון של הכללות חול ונפיחות גז.
  • לא מתאים לסופרווי הדורש התכת אבק.
  • יכולת מוגבלת לייצר קירות דקים או ערוצים פנימיים יפים.

ליכוד חול משמש לעתים רחוקות להבים טורבינות באיכות הייצור במנועי מודרניים, אבל זה נשאר כלי יקר לפיתוח מוקדם ולרכיבים גדולים, נמוכים.

Vacuum Investment Disoys - A Variation for Reactive Alloys

רבים המבוססים על ניקל מכילים אלמנטים תגובתיים כמו אלומיניום, טיטניום, וה Hafnium, אשר חמצון במהירות אם נחשפים אוויר בטמפרטורות מלוטשות.כדי למנוע היווצרות חד-חמצני והכללות, ליהוק השקעות של ⁇ אלה מבוצעת תחת ריק (בדרך כלל 10-2 עד 10-4 מ') תהליך ההמסהה והמזג מתרחש בתוך ווואקום של שיטה זו היא סטנדרטית לכל פרמיות.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇

  • ⁇ Vacuum מוסיף עלות עקב זמן הציוד והמחזור.
  • נדרש שליטה קפדנית של לחץ הפרווה כדי להימנע ממילוי סוער.
  • ניתן לשלב עם מערכות נסיגת DS/SX.

ייצור תוספתי (3D הדפסה) כאלטרנטיבה מתפתחת

בעוד לא תהליך הליהוק המסורתי, ייצור תוספת (בעיקר אבקת לייזר היתוך או אלקטרונים-beam נמס) משמש לייצור להבים טורבינות למחקר ויישומים נמוכים כרכים.זה מאפשר חופש עיצוב חסר תקדים עבור ערוצי קירור ונפיחות בהתאמה. עם זאת, תהליכים AM הנוכחיים סובלים משיעורי בנייה איטיים, מתחים חיתיים, ואת הצורך עבור רחב הוא סטטי לחץ (HIP) וחום כדי להשיג תכונות דומות עכשיו.

חומרים והשפעה על בחירת תהליכים

בטבלה שלהלן מסכם סגסוגת להב טורבינות נפוצות ואת תהליכי הליהוק המועדפים (הוצגו כאן כרשימה עבור תאימות ל-HTML):

  • (ב) [15] ⁇ (ב"ד): "הההתכוה של ה"הבא" (ב"ב) או "האש" (התחילה) או "האש" (התח"א) ל"התקופים גדולים יותר.
  • (ב) [15] [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] (ב-SX): ⁇ 1) השקעת ריק בודדת בלבד.
  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הבחירה תלויה גם בתואר של סגסוגת ונוכחות של gamma-prime ( ⁇ ) חיזוק השלבים. Alloys עם תוכן גבוה ⁇ ( ⁇ 60%) רגישים לפצח במהלך הגשמה ודורשים שיעורי קירור איטיים מאוד של תהליכי DS / SX.

עלויות ושיקולים של זמן מוביל

עלות להב משתנה באופן דרמטי על ידי תהליך.הליקת השקעות של להב טורבינות שווה (ללא קירור פנימי) עשויה לעלות על סדר של כמה מאות דולרים. להב חד-קריסטל עם תכונות קירור מורכבות יכול לעלות כמה אלפי דולרים.

  • (ב) ,0) , 000: פיזור 1 ווקס מת ותבניות הליבה יכולות לעלות 250 אלף דולר לתכנון.
  • (ב) ⁇ :0) ,ב"ה: "הההלבות הקרמאים של מעברי נחשין מוסיפים עלות משמעותית ודורשים לחץ וירי נפרדים.
  • (ב) ,0) ,Vacuum furnace Time: ההרחבה DS/SX יכולה להיות 4-8 שעות לתבנית (להבים מרבים).
  • (FLT:0) Inspection:0) בדיקה לא הרסנית (X-ray, טומוגרפיה, עטורה פלואורסנט, ומדורגית מתכתית כדי לאשר את הכיוון קריסטל) מוסיפה 10-20% עד עלות כוללת.

זמני עופרת ליהוק השקעות נע בין 8-16 שבועות למאמר ראשון, עם שבועות נוספים לפיתוח הליבה.הליאק חול יכול לספק להבים גסים בתוך 2-4 שבועות.

איכות מובטחת והגנת מניעת

ללא קשר לתהליך, ליצית להב טורבינות חייבת לעמוד בסטנדרטים אוויריים מחמירים (למשל, AMS 2175, ASTM E1320). פגמים נפוצים וההתמדה שלהם כוללים:

  • (ב) ,0) מ"מ (לא מלא) - קיבולת: שופכת 1 (ב) מעלה את הטמפרטורה או התאמת עובש לפני חום.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד, ויקרא י"ד, ו"ו).
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ : ⁇ 1 פעמים (ברבים) מתרחשת בלהבים SX עקב לחצים שלאחר ה-cast; דורש טיפול זהיר וקירור איטי.
  • (ב) דגנים סטריוריים / גבולות סבוכים גבוהים: ראט"ר:1 ב SX ליהוק, אלה הם דוחה; לשלוט בטמפרטורות חום וקצב הנסיגה.

HIP ב 1000-1,200 ° C ו 100-200 MPa מוחל באופן שגרתי על כל להבים בעלי נטיות גבוהה כדי לסגור מיקרו-פרוסוס ולשפר את חיי העייפות.

קבלת הבחירה הסופית: מסגרת החלטה

כאשר צוות הנדסה חייב לבחור תהליך הליהוק, הזרם הבא יכול להנחות את ההחלטה:

  1. (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  2. (ב) גיאומטריה:0) ,5:1, אם יש צורך בערוצי קירור פנימיים וכמה מורכבים הם.
  3. מטרות ביצועים:0 (FLT:1 ), חיים מצמררים, חיי קרע מתח, דרישות עייפות.אם להב פועל מעל 1,000 מעלות צלזיוס, DS או SX הוא כמעט חובה.
  4. תחזית:0 (Volumeחיזוי: FLT:1) כמות הייצור השנתית של הערכה, נפח נמוך עשוי להצדיק הליהוק חול או אפילו תוספת ייצור עבור prototyping; נפח גבוה יותר מעדיף ליהוק השקעות.
  5. (FLT:0) מגבלות עלות: FLT:1 Calculate Cost כולל כלי, זמן מחזור, בדיקה ותהליכים לאחר עיבוד (HIP, טיפול בחום, ציפוי).
  6. (FLT:0) יכולת תהליך חישוב: FLT:1 בדוק אם יש ממצאים זמינים יש יכולת V / SX ורשומות מוכחות עבור חלקים דומים.
  7. (ב) ,0) עשה טייס פועל: FLT:1 יוצר אצווה קטנה כדי לאמת פגמים, דיוק ממדי ונכסים מכניים לפני ייצור בקנה מידה מלא.

מגמות עתידיות ב Turbine Blade

תעשיית החלל ממשיכה לדחוף את יכולות הטמפרטורה של להבים טורבינות.תהליכים מתעוררים כגון ייצור תוספת לייזר בשילוב עם אסטרטגיות בקרת דגנים (למשל, אסטרטגיות סריקה שחיקוי DS / SX) עלול בסופו של דבר לטשטש את הקו בין ליהוק לבין הדפסה.בינתיים, חומרים חדשים של הליבה הקרמיקה (למשל, מכווצים עם תוספים ללחים) מאפשרים אפילו יותר עיצובים מורכבים של קירור, כמו טרנדים של תהליכי בחירה דינמית (T) אבל ישארוכים אלה, כמו גם חומרים של מודלים של פתרונות דינמיים, אך ורקדה-ידיים, כמו גם תכונות של מודלים של פתרונות.

(ב) לקריאה נוספת, ייעוץ מקורות סמכותיים כגון:0ASM International Handbook on SuperalloysFLT:1,FLT:2AE International’s “Aerospace Materials and Processes”OVAFLT 3, and the FLT:4TMS (המינרלים, מתכת וחומרים) פרסומים LT5, בנוסף למחקרים כגון LTG, 7G) ל-F.

מסקנה

בחירת תהליך הליהוק הנכון עבור להבים אווירוקל הוא משימה הנדסית רב-פנים שאי אפשר להפחית לפשוט אחד בגודל-איכות-תועלת-כל תשובה.ההההוק יוצר את סלע התעשייה, בעוד שכושר עמידה בכיוון וסימון ליכוד יחיד-קליטיס הם הכרחיים עבור יישומים תובעניים ביותר.