Yüksek sıcaklık türbinleri bıçaklar, modern mühendislikteki en termal ve mekanik olarak yüklenen bileşenler arasındadır. jet motorlarında, gaz türbinlerinde ve endüstriyel enerji santrallerinde bulunan bu bıçaklar aşırı rotasyon hızlarına, kororatif egzoz gazlarına ve sıcaklıkların sık sık sık sık 1.200 °F'yi inceler. Bu makale, yüksek sıcaklık türbininde en gelişmiş süper tümomlar bile, sertleştirici stratejiler ve başarısızlıklar olarak bilinen bir süreçtir.

The Phenomenon of Creep in Türet Blades

Creep, atomlar ve yer değiştirmeler yeterince düşük verimsiz hale geldiğinde, sert kırık veya yorgunlukta sürekli strese maruz kalan bir malzemenin zaman bağımlısıdır.In kristal katılar, bıçak havası gibi, sonunda boyut toleransının kaybına yol açar, atomlar ve konumların en sonunda rupturesiyonel verimliliğini azaltılır.

Creep davranışı genellikle üç ayrı aşamada tanımlanır:

  • [FONT:0]Primary Creep (Stage I): ), Basınç işlerinin maliyeti başlangıçta yüksek ama maddi iş yükleri olarak azalır ve yer değiştirmeler oldukça kısa ömürlüdür.
  • [FONT=0]İkinci katiller (Stage II): ), Sürekli bir devlet, susamış ve yok ediciliğin neredeyse sürekli olduğu yere ulaştı ve bu aşama genellikle bıçakların sürüsü yaşamını temsil ediyor.
  • [FONT:0)Tertiary Creep (Stage III): ), su oranı, tahıl sınırlarında mikro yırtık ve mikrok form olarak hızlanır.Boyunluk veya kırılma, faydalı yaşamın sonunu gösterir.

Tasarımcılar, sıcaklık, stres ve malzeme mikroyapı için hesaplanan yaşam tahmin modellerini kullanarak ikincil ürperticiler içinde çalışan türk bıçakları tutmayı amaçlamaktadır.

Katillerin Temel Mekanizmaları Başarısızlık

Yüksek sıcaklık alaşımlarında dönüştürücüler, aynı anda veya tutarlı bir şekilde çalışan birkaç mikroskobik mekanizma tarafından yönetilir. En önemli üç rekontluk tırmanması, difüzyonlu ürpertici ve tahıl sınırı kayması.Her biri bıçakların genel deformasyonuna ve olaysal başarısızlığına katkıda bulunur.

Dislok Dağı

Dislokasyonlar kristal lattice'de lineer defektlerdir. Oda sıcaklığında, dislokasyonlar genellikle kayma uçakları boyunca aksaklığa yol açar. Ancak yüksek sıcaklıklarda (kökedeki sönüllü noktalarına yaklaşık 0,5 ila 0.5 kat daha fazla düşme), dislokasyonlar tırmanma yeteneği kazanır - bu sürekli olarak sürekli olarak stres altında hareket eder veya eğimler, ortadaki gerilimler azalır.

Boşluk artışı oranı sıcaklık ve lattice vacancies konsantrasyonu için son derece hassastır. nikel temelli süperalloys, koherenturkan:0) ⁇ [Dönder:0)[Döneticileri) -Ni3 (Ayrıca,Ti) – dislokasyonlar ya da bu sipariş edilen parçacıkların etrafında tırmanmalı veya tırmanmalıdır.

Diffüzyonlu Creep

Çok yüksek sıcaklıklarda ve nispeten düşük streslerde, diffüzyonlu ürperticiler önemli hale gelir. İşte, kristal lattice (Nabarro-Herringwind) veya uygulanan strese yanıt olarak tahıl sınırlarına (Coblewind) bağlıdır. Bir çekme stresi altında, atomlar gerginlik altında yüzlerden yüzlere kadar uzanır, bu nedenle tahılların stres yönünden neden sık sık sık sık sık sık sık sık sıkılır.

Diffüzyonlu dükleri tahıl sınır kalibresine katkıda bulunur: · kömürler, sertliğe kadar olan çatlakları dikteler, mikrokırlara kadar büyüyen küçük boşluklar oluşturur. Bu boşluklar malzemenin zayıfladığı ve tertiary ürperleri hızlandırıyor.

Boundary

Yüksek sıcaklıklarda, tahıl sınırları viskous tabakaları gibi davranır. Sürekli oar stresi altında, bitişik tahıllar birbirlerine göre kaydırılabilir.Sıkkırıklar sınır kayması, sınırların dikkatli bir şekilde güçlendirilmemesi durumunda, yaklaşık 45°'e kadar kırılabilir.Bu kaymalar, üç tellerde ve kenarda bulunan parçacıklara odaklanır, boşluk nükleksiyonu teşvik edebilir.

Buğday sınırlarını azaltmak için, alaşım tasarımcıları, boron, zirconium ve karbon gibi elementleri ekler ve sınırları boyunca boklar ve renkler oluşturmak için.Bu parçacıklar sınırları belirler ve göreceli hareketi engeller. ek olarak, yönsel sağlamlaştırma teknikleri geri döndürür: transverse tahıl sınırlarının yokluğu dramatik bir şekilde azalır.

Zorlayıcıların Başarısızlığının Faktörleri

Creep başarısızlığı sadece sıcaklık ve stresin bir fonksiyonu değildir. Birkaç ek faktör, hizmet koşulları altında zaman dramatik bir şekilde azaltılabilir.

  • [FONT=0]Temperature gezileri: [Dönder: [Dönüşük veya güç dalgalanmaları sırasında) mikroyapısal bozulmayı hızlandırabilir, ürpersen'i hızla ve oksitlere ölçeklendirmeye neden olur.
  • [FONT:0)Cyclic termal yükler:[Dönemli termal bisiklet, ürpertici çatlakları üreten termal yorgunluklar getirir.
  • [FONT=0)Oxidasyon ve korozyon: Yüksek sıcaklık oksidasyon, alaşım yüzeyi tüketiyor ve alüminyum ve kromyum gibi güç elementlerini tüketebilir.
  • [FONT:0]Stress devlet multi eksenliliği: Türbin bıçakları karmaşık stres devletlerini deneyimliyor - genişleyen gerilim, bükme ve titreşim - basit tek eksenli testlerle karşılaştırıldığında kalibreyi hızlandırabilir.
  • [FONT:0) Mikroyapımsal istikrarsızlık: [Dönetici: 1] Uzun hizmet saatleri boyunca, ) ⁇ ) Önde gelen koarsen, tahıl sınırları zararlı aşamalar oluşturabilir (örneğin, sigma fazı veya Laves aşamaları).

Mitigate Creep için Gelişmiş Malzemeler ve Tasarım Stratejileri

Modern Türlü yüzeyler, malzeme bilimi ve yenilikçi tasarımın bir kombinasyonunun olağanüstü ürpertici direncine ulaşır.

NickelBased Superalloys

Yüksek sıcaklık bıçaklarının iş bağlantıları, IN718, René 88 ve CMSX-4 gibi nikel temelli süper safbalardır ()m ⁇ 1,300 °C) Yoğun bir coherentin dağılımı sayesinde ) [Döneticileri:) [Döneticileri ve alaşımları 2020'de en yüksek rerakter metal içeriğine sahiptir.

Single-Crystal Technology

Elektiğe bağlı tahıl sınırları tamamen tek kristal dökümü (örneğin, bir tohum kristali ve spiral bir tahıl seçici) tahıl sınır kayması ve difüzyonlu ürpertici için yollar ortadan kaldırır. Bugün, modern jet motorlarında neredeyse tüm yüksek basınçlı türbin bıçakları tek-kristaltir, sık sık sık sık kompleks soğutma pasajları ile yapılır.

Termal Engel Kaplamaları (TBCs)

Bir TBC, tipik olarak yttriastabilized zirconia (YSZ), bıçak yüzeyinin metal sıcaklığı 100-200 °C'ye kadar azalttığı, dramatik olarak daha iyi bir faz istikrarı için genişletildiği gibi, hizmet aralıkları da içerir.

İç Soğutma

Kompleks iç hava soğutma pasajları - hesaplamalı akışkan dinamikleri kullanarak tasarlanmış - bıçak metalini uygulanabilir sıcaklıklarda tutmak.180 Kanlı hava yılan kanalları ve bıçak yüzeyindeki film soğutma delikler aracılığıyla yollanır.Pos in katkılı üretimdeki ilerlemeler, şimdi gerçekten de geometriyi takip eden ısıtıcı kanalları korumak, sertleştirici stresleri azaltmak.

Katiller Için Katillerin Test ve Yaşam Önlenmesi

Güvenlik sağlamak için, türbinlerin bıçakları titiz bir şekilde sürüp modelleme test ve modellemeye maruz kalıyor. Uni aksiyel ürpertici örnekleri üzerinde testler çeşitli sıcaklıklar ve streslerde temel eğriler sağlar.Daha gelişmiş testler, ürpertici ve termal bisikletle birleştiren termomekanik yorgunluk (TMF) testleri içerir.

Larson-Miller parametresi gibi yaşam tahmin modelleri, Monkman-Grant ilişkisi ve sürekli hasar mekaniği, laboratuvar verileri alan yaşam tahminlerine dönüştürür.Probabilistic yöntemleri hesap için malzeme değişkenliği ve hizmet rastgeleliği.

Concluding Perspektif

Yüksek sıcaklık türbinlerinde başarısız olan bir hata karmaşık, çok mekanik bir fenomen dislokasyon tırmanarak, difüzyon akışı ve tahıl sınır kayması ile ilgili olarak yönlendirilen modeller.Bu mekanizmalar, mühendislerin alaşımları, kaplamaları ve soğutma mimarlıklarını iyileştirmelerini ve daha yüksek türbinin ısıtılmasını sağlar.

Daha fazla okuma için, [[0.ASM International'ın süperalloys'taki teknik el kitapları ) ve [[Ücretsiz:2)NASA'nın Türbindeki teknik raporları ). Ek detaylı mekanizmalar [Döneticiler halinde ürperticiler üzerinde ürperticiler üzerinde ürperticiler üzerinde kullanılmaktadır.