Gázturbinákban, magas hőmérsékletű ötvözet acélöntvény az egyik legfontosabb technológia a turbina pengék és az égési kamra alkatrészek gyártásához. Ezeknek az alkatrészeknek ellenállniuk kell a szélsőséges munkakörülményeknek, ideértve a magas hőmérsékletet, a magas nyomást, a maró hatást és a mechanikai feszültséget.
Turbinapengék alkalmazása
Munkakörnyezet és teljesítményigény
A turbina pengék a gázturbinák egyik legkritikusabb alkatrésze, közvetlenül a magas hőmérsékletű gázáramlásnak kitéve, és a hőmérséklet akár 1000 ° C -os lehet.
A magas hőmérsékletű ötvözött acél öntvényeknek a következő tulajdonságokkal kell rendelkezniük:
Magas hőmérséklet -ellenállás: Képesség hosszú ideig fenntartani az erőt és a stabilitást a magas hőmérsékleti környezetben.
Kúszás ellenállás: megakadályozza a plasztikus deformációt magas hőmérsékleten és magas stressz körülmények között.
Oxidációs ellenállás: ellenálljon a magas hőmérsékletű oxidációnak, és kerülje a törékeny oxidréteg képződését a felületen.
Hőfáradtság-ellenállás: A gyakori indítási-állási ciklusokkal és a hőmérsékleti ingadozásokkal való megbirkózás.
Anyagválasztás
Nikkel-alapú, magas hőmérsékletű ötvözet:
A leggyakrabban használt anyag, kiváló magas hőmérsékleti szilárdsággal, oxidációs ellenállással és kúszó ellenállással.
A közös osztályok közé tartozik az Inconel 718, az Inconel 625, a CMSX-4 stb.
Kobalt-alapú szuperfémek:
Nagyobb oxidációs rezisztenciával és korrózióállósággal rendelkezik, és rendkívül korróziós környezetben is alkalmas.
A közönséges osztályok között szerepel a Haynes 188, Mar-M 509, stb.
Vas alapú szuperfémek:
Költsége alacsonyabb, de hőmérsékleti ellenállása kissé alacsonyabb, mint a nikkel-alapú és kobalt-alapú ötvözetek, és alkalmas közepes hőmérsékleti területekre.
Öntési folyamat
Befektetési casting
A befektetési casting a turbina pengék gyártásának fő folyamata, amely komplex formákat és nagy pontosságot érhet el.
A kerámia formák felhasználásával a hibamentes pengéket befektetési casting révén állítják elő.
A belső hűtési csatornák (például az üreges pengék) előállíthatók a hőeloszlás hatékonyságának javítása érdekében.
Irányított megszilárdulás (DS)
A megszilárdulási irány ellenőrzésével a szemek egy adott irányba nőnek, csökkentve a gabonahatárok számát, és ezáltal javítva a kúszás ellenállást.
Egykristályos casting (SC)
Az egykristály pengéknek nincs gabonakörése, magasabb hőmérsékleti szilárdsággal és kúszási ellenállással rendelkezik, és az első választás a csúcskategóriás turbinapengéknél.
Felszíni kezelés
Bevonat technológia:
Termikus gát bevonat (TBC): A kerámia anyagokat (például cirkónium -oxidot) a penge felületén bevonják, hogy csökkentsék a szubsztrát hőmérsékletét és meghosszabbítsák a szolgálati élettartamot.
Antioxidációs bevonat: például aluminid bevonat vagy MCRALY (fém króm alumínium-yttrium) bevonat az antioxidációs képesség javítása érdekében.
Hűtési kialakítás:
A penge felületi hőmérséklete a belső hűtőcsatornák és a külső légifilm -hűtési technológia révén csökken.
Égési kamra alkatrészek alkalmazása
Munkakörnyezet és teljesítményigény
Az égési kamra komponensei közvetlenül érintkeznek a magas hőmérsékletű égésgázokkal, és nagy nyomású és korrozív táptalajoknak vannak kitéve (például szulfidok és nitrogén-oxidok).
A fő teljesítménykövetelmények a következők:
Magas hőmérséklet -ellenállás: képes ellenállni az égési hőmérsékleteknek 1500 ° C felett.
Korróziós rezisztencia: Ellenáll az égésnek az égésű termékek által.
Szerkezeti stabilitás: A magas hőmérsékleten és a magas nyomáson változatlannak tartja a geometriai alakot.
Anyagválasztás
Nikkel-alapú, magas hőmérsékletű ötvözet: széles körben használják az égési kamra komponensekben, kiváló, magas hőmérsékleti szilárdsággal és anti-oxidációs tulajdonságokkal.
A közös osztályok közé tartozik az Inconel 617, a Hastelloy X, stb.
Kobalt-alapú, magas hőmérsékletű ötvözetek:
Az égési kamrák magas hőmérsékletű területein használják, jobb korrózióállósággal.
Öntési folyamat
Precíziós casting:
Komplex égési kamra bélések, lángcsövek és más alkatrészek előállításához használják.
Az öntési folyamat optimalizálásával az alkatrészek falvastagságát egységesnek tartják, és a termikus feszültségkoncentráció csökken.
Hegesztés és összeszerelés:
A nagy égési kamra alkatrészek esetében általában szegmentált öntést és hegesztést alkalmaznak.
Felszíni kezelés
Hőgár bevonat (TBC):
A kerámia bevonatot az égési kamra belső falára alkalmazzák, hogy csökkentsék a szubsztrát hőmérsékletét és javítsák a hőállóságot.
Oxidációellenes bevonat:
Javítsa az égési kamra alkatrészeinek oxidációs ellenállását és bővítse az élettartamot.
Hűtési kialakítás:
Az égési kamra alkatrészeit általában porózus hűtőszerkezetekkel tervezték, hogy a hőmérsékletet a filmhűtés és a konvekciós hűtés révén csökkentsék.
A magas hőmérsékletű ötvözött acélöntés előnyei
Komplex formák gyártásának képessége
A magas hőmérsékletű ötvözött acél öntés komplex geometriákat eredményezhet, például üreges szerkezeteket és hűtőcsatornákat a turbinapengékről.
Ez a képesség kritikus fontosságú az alkatrészek teljesítményének optimalizálásához (például a hűtési hatékonyság javítása).
A nagy teljesítményű anyagok alkalmazhatósága
A magas hőmérsékletű ötvözött acél kiváló magas hőmérsékleti szilárdsággal, oxidációs ellenállással és kúszási ellenállással rendelkezik, amely kielégíti a gázturbinák szélsőséges munkakörülményeinek igényeit.
Hosszú élet és megbízhatóság
A fejlett öntési folyamatok és a felszíni kezelési technológiák révén a magas hőmérsékletű ötvözött acél öntvények stabilan és hosszú ideig magas hőmérsékleten, magas nyomáson és korrozív környezetben működhetnek.
A magas hőmérsékletű ötvözött acél öntés felhordása a gázturbinákban elsősorban a turbinapengék és az égési kamra alkatrészek gyártása során tükröződik. Ezek a technológiák nemcsak a gázturbinák szélsőséges munkakörülményeinek igényeinek felelnek meg, hanem elősegítik a technológiai fejlődést az űr- és energia területén.
