В газовых турбинах, высокотемпературное сплавное литье из сплава является одной из основных технологий для производственных турбинных лопастей и компонентов камеры сгорания. Эти компоненты должны выдерживать экстремальные условия труда, включая высокое температуру, высокое давление, коррозионные газы и механическое напряжение.
Применение турбинных лезвий
Рабочая среда и требования к производительности
Турбинные лезвия являются одним из наиболее важных компонентов в газовых турбинах, непосредственно подверженных воздействию высокотемпературного потока газа, и температура может достигать 1000 ° C или более.
Стальные отливки с высокой температурой должны иметь следующие свойства:
Высокая температурная устойчивость: способность поддерживать прочность и стабильность в среде высокой температуры в течение длительного времени.
Устойчивость к ползучести: предотвращайте пластическую деформацию при высокой температуре и высоких условиях напряжения.
Устойчивость к окислению: сопротивляйтесь высокотемпературному окислению и избегайте образования хрупкого слоя оксида на поверхности.
Устойчивость к тепловой усталости: справиться с частыми циклами начала стопа и колебаниями температуры.
Выбор материала
На основе никеля высокая температура сплава:
Наиболее часто используемый материал с превосходной высокой прочностью температуры, устойчивостью к окислению и устойчивостью к ползучести.
Общие оценки включают Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4 и т. Д.
На основе кобальта суперсплавы:
Он обладает более высокой устойчивостью к окислению и коррозионной стойкости и подходит для использования в чрезвычайно коррозийных средах.
Обычные оценки включают Хейнс 188, MAR-M 509 и т. Д.
На основе железа суперсплавы:
Он имеет более низкую стоимость, но его температурная стойкость немного уступает устойчивости с сплавами на основе никеля и на кобальте и подходит для средних температурных областей.
Процесс кастинга
Инвестиционный кастинг
Инвестиционное литье является основным процессом для производственных турбинных лезвий, который может достичь сложных форм и высокой точности.
Используя керамические формы, лезвия без дефектов производятся с помощью инвестиционного литья.
Внутренние каналы охлаждения (такие как полые лезвия) могут быть изготовлены для повышения эффективности рассеяния тепла.
Направленное затвердевание (DS)
Управляя направлением затвердевания, зерна растут в определенном направлении, уменьшая количество границ зерна и, таким образом, повышая сопротивление ползучести.
Монокристаллическое литье (SC)
Монокристаллические лопасти не имеют границ зерна, имеют более высокую прочность на высокую температуру и сопротивление ползучести и являются первым выбором для высококачественных турбинных лопастей.
Поверхностная обработка
Технология покрытия:
Тепловое барьерное покрытие (TBC): керамические материалы (такие как оксид циркония) покрыты на поверхности лезвия, чтобы снизить температуру субстрата и продлить срок службы.
Антиоксидиальное покрытие: такое как алюминидное покрытие или макралирование (алюминий-алюминий металлического хрома) для усиления антиоксидионной способности.
Дизайн охлаждения:
Температура поверхности лезвия снижается с помощью внутренних каналов охлаждения и технологии охлаждения внешней пленки.
Применение компонентов камеры сгорания
Рабочая среда и требования к производительности
Компоненты камеры сгорания находятся непосредственно в контакте с высокотемпературными газами сжигания и подвергаются высоким давлению и коррозийной среде (например, сульфиды и оксиды азота).
Основные требования к производительности включают:
Высокая температурная устойчивость: способность выдерживать температуры сгорания выше 1500 ° C.
Коррозионная устойчивость: сопротивляйтесь эрозии с помощью продуктов сжигания.
Структурная стабильность: поддерживает геометрическую форму, не изменяемую при высокой температуре и высоком давлении.
Выбор материала
Высокотемпературный сплав на основе никеля: широко используется в компонентах камеры сгорания, с превосходной высокотемпературной прочностью и антиоксидиальными свойствами.
Общие оценки включают Inconel 617, Hastelloy X и т. Д.
Высокотемпературные сплавы на основе кобальта:
Используется в высокотемпературных областях в камерах сгорания, с лучшей коррозионной стойкостью.
Процесс кастинга
Точное литье:
Используется для изготовления комплексных вкладышей камеры сгорания, пламени и других компонентов.
Оптимизируя процесс литья, толщина стенки компонентов обеспечивается равномерной, а концентрация теплового напряжения снижается.
Сварка и сборка:
Для компонентов крупных камеров сгорания обычно принимаются сегментированное литье и сварка.
Поверхностная обработка
Термическое барьерное покрытие (TBC):
Керамическое покрытие наносится на внутреннюю стенку камеры сгорания, чтобы снизить температуру субстрата и повысить теплостойкость.
Антиоксидическое покрытие:
Улучшить устойчивость к окислению компонентов камеры сгорания и продлить срок службы.
Дизайн охлаждения:
Компоненты камеры сгорания обычно разработаны с пористыми охлаждающими конструкциями, чтобы снизить температуру за счет охлаждения пленки и конвекционного охлаждения.
Преимущества высокотемпературного литья из сплава.
Способность изготовить сложные формы
Высокотемпературное сплавное стальное литье может создавать сложную геометрию, такую как полые конструкции и каналы охлаждения турбинных лопастей.
Эта способность имеет решающее значение для оптимизации производительности компонентов (например, повышение эффективности охлаждения).
Применимость высокопроизводительных материалов
Высокотемпературная сплавная сталь обладает отличной высокотемпературной прочностью, устойчивостью к окислению и устойчивости к ползучести, что может удовлетворить потребности экстремальных условий труда газовых турбин.
Долгая жизнь и надежность
Благодаря расширенным процессам литья и технологии обработки поверхности, отличные черты сплавных стали с высокой температурой могут работать стабильно и в течение длительного времени в высокой температуре, высоком давлении и коррозионной среде.
Применение высокотемпературного литья из сплава в газовых турбинах в основном отражается в производстве лопастей турбины и компонентов камеры сгорания. Эти технологии не только соответствуют потребностям экстремальных условий труда газовых турбин, но и способствуют технологическому прогрессу в области аэрокосмической и энергии.
