Üksikkristalllabade suunatud tahkumine tööstuslikes tingimustes, kasutades väljatöötatud õhkjahutusega valumeetodit
Selles artiklis uuriti gaasjahutuse mõju DGCC gaasijahutusega valamisprotsessis toodetud monokristalllabade mikrostruktuuri täiustamisele. Primaarne dendriitõlgede vahe (PDAS) saavutab kõrgeima väärtuse aerodünaamilisel pinnasel ja madalaima väärtuse teraplatvormil. Kui aga kasutatakse Bridgmani meetodit, muutub PDAS-i väärtus piki tera vastupidises suunas. DGCC gaasjahutusega valamismeetodi tulemuseks on PDAS-i väärtuse vähenemine labaplatvormil umbes 100 μm võrreldes tavapärase kiirgusjahutusega.
Niklipõhise supersulami suunalise tahkumise protsessis täiustatakse dendriidi struktuuri, vähendades primaarset dendriidi käevahet (PDAS) ja suurendades aksiaalset temperatuurigradienti tahkumise rindel, et parandada üksikute seadmete töötemperatuuri ja mehaanilisi omadusi. kristallist terad. Bridgmani meetodi puhul piirab kiirgussoojusülekanne töödeldava detaili ja ahju vahel tugevalt vormi kesta jahutamise efektiivsust, vähendades seega temperatuurigradienti ega soodusta dendriidi mikrostruktuuri täpsustamist. Seetõttu on monokristallide kvaliteedi ja protsessi saagise parandamiseks välja töötatud alternatiivsed suunatud tahkumise meetodid, nagu vedelmetalli jahutamine (LMC), gaasijahutusvalu (GCC), allapoole suunatud tahkumine (DWDS) ja keevsüsinikkihi jahutamine. meetod (FCBC).
Ülalmainitud meetodite puhul kasutatakse lisaks kiirgusjahutusele peamiselt konvektsioonjahutust, et parandada vormikesta pinna soojuse eraldamise efektiivsust. Vedelmetalljahutuse (LMC) ja keevsüsinikkihi jahutamise (FCBC) meetodite puhul sukeldatakse vormi kest vastavalt jahutusvanni ja keevkihti. Gaasjahutusega valamise (GCC) ja allapoole suunatud tahkumise (DWDS) meetodites süstitakse gaas korpuse pinnale, et valandi jahutada ahju küttetsoonist liikudes. Inertseid jahutusgaase kasutavate teratootmismeetodite jätkuv arendamine näitab nende meetodite suurt potentsiaali, kuna maksumus on LMC vedelmetalli jahutusmeetodiga võrreldes suhteliselt madal, samas on tooriku mikrostruktuur paranenud võrreldes Bridgmani meetodiga. Konter et al. demonstreeris meetodit suurte gaasiturbiinide (IGT) labade valmistamiseks, kasutades inertseid jahutatud gaase, samal ajal kui Wang et al. kasutas seda meetodit väikeste lennukiturbiinide labade tootmiseks. Sellest piisab tõestamaks, et inertse jahutusgaasi kasutamine on tõhus viis temperatuuri gradiendi tõhusaks parandamiseks ja dendriidi struktuuri viimistlemiseks. Kuigi need meetodid on tõhusad, võivad need olla väga piiratud kasutusega teratootmises tööstuslikus mastaabis, eriti kui keerulistesse stantsikestesse asetatakse samaaegselt mitu valandit.
Paljude komponentidega keeruka kesta kasutamine võib muuta kuumakilbi sobitamise kesta välisprofiiliga väga keeruliseks. See põhjustab gaasi võimaliku voolamise komponentide vahel ülespoole, mis ei soodusta ahju sees asuvas küttekambris asuva vormikesta jahutamist. Düüsi ümberpaigutamine allapoole vesijahutusega rõnga suunas võib omakorda vähendada inertgaasi voolu termilist mõju valandi pastapiirkonna tahkumisele. Avaldatud paberianalüüs näitab, et jahutusgaase kasutavatel suunatud tahkumismeetoditel on suur potentsiaal. Praegu puudub aga teave selle meetodi rakendamise kohta mitme komponendiga keerukate keraamiliste vormide valmistamise terade puhul. Seetõttu püüdis Sikovok välja töötada tööstusliku mastaabiga suunatud tahkumistehnoloogia niklipõhiste supersulamist turbiinide labade jaoks, kasutades inertseid gaasijahutusvormi kestasid, mida nimetatakse arendatud gaasijahutusvalu (DGCC) täiustatud gaasijahutusvalumeetodiks. Selles uuringus jahutati vormi kesta, süstides inertgaasi ülehelikiirusel mitmest kuumuskilbi all asuvast düüsist. Muutuva nurgaga düüside kasutamine võib inertgaasi voolu õigesti suunata mitme valandiga keeruka kujuga kesta pinnale. Uuringus leiti, et gaasjahutuse kasutamine aitas suurendada jahutuskiirust ja vähendada primaarset dendriidi käevahet (PDAS) monokristalllaba platvormil võrreldes tavapärase kiirgusjahutusega Bridgmani meetodil. Esialgsed tulemused näitavad, et DGCC gaasijahutusvalu meetodit saab kasutada tööstuslikus tootmises, et toota kõrgekvaliteedilisi ühekristalli supersulamist labasid lennukimootoritele.
CMSX{0}} niklipõhiste supersulamite testvalandid tahkestati suunaga, kasutades standardset Bridgmani ja DGCC gaasjahutusvalu, et saada simuleeritud labasid. Selleks valmistati keraamiliste vormikestade valmistamise aluseks kahte tüüpi vahavormide komponente [joonis 1(f) ja (g)]. Vahavormide komplektid sisaldavad 250 mm läbimõõduga jahutusplaadi mudelit, valamissüsteemi, valamistopsi, kaheksat simuleeritud laba ning kristallide korjajaid ja tõstjaid.
Terad asetatakse nii, nagu on näidatud joonisel 1(f). Seejärel sukeldatakse komponendid keraamilisse suspensiooni, millele järgneb keevkihis piserdatud alumiiniumoksiidiosakesed, et moodustada vormikesta esimene kattekiht. Teises kihis kasutati mulliiti. Ülaltoodud kahte sammu korrati, et saada kokku üheksa kihti, mille kestaseina keskmine paksus oli umbes 7 mm [joonis 1(g)].
Vahavorm sulab vormikesta seest, mis seejärel eelkuumutatakse 800 kraadini Celsiuse järgi. Paigaldage ettevalmistatud vormikest ahju jahutuskambri külmale plaadile [joonis 1(b)]. Üksikkristalli tera suunatud tahkumise esimene samm viidi läbi DGCC gaasijahutusega valamismeetodil JetCasteri vaakum-induktsioonsulatusahjus ja vormi jahutamise tugevdamiseks lisati argoongaasi. Ahi koosneb kütte- ja jahutuskambrist, kindla kiirusega vormikesta tõmbamissüsteemist ja on varustatud süsteemiga, mis suudab inertgaase jahutuskambrisse juhtida [joonis 1(a) kuni (c)]. Kest paigaldatakse jahutusplaadile ja liigutatakse ahju sees olevasse küttekambrisse, mis eelsoojendatud 1520 kraadini Celsiuse järgi kasutades kahetsoonilist induktsioonkuumutist võimsusega 125kw. Kuumutatud vorm täidetakse seejärel sama temperatuuriga CMSX-4 sula niklipõhise supersulamiga ja tõmmatakse erineva kiirusega ahju kuumutustsoonist jahutustsooni. Väljatõmbekiirus on starteri ja selektori piirkonnas 3 mm/min ning labade piirkonnas 12 mm/min [joonis 1(k)]. Pidevas tsoonis (separaatorist terale üleminekutsoon) suureneb väljatõmbekiirus järk-järgult.
