1 Razvoj letalskih plinskih turbinskih motorjev
Ker so se povečale zahteve glede uspešnosti za letala za prevoz, vojaško, proizvodnjo in druge namene, najzgodnejši batni motorji niso mogli več zadovoljiti potreb visokega hitrosti. Od petdesetih let prejšnjega stoletja so motorje plinske turbine postopoma postali mainstream.
Leta 1928 je sir Frank Whittle iz Združenega kraljestva v svoji diplomski disertaciji poudaril "prihodnji razvoj v oblikovanju zrakoplovov", medtem ko je na vojaški akademiji študiral, da se v okviru tehničnega znanja v tem času prihodnji razvoj propelerskih motorjev ni mogel prilagoditi potrebam visoke nadmorske višine ali hitrosti letenja, ki presegajo 800 km/h. Najprej je predlagal koncept tega, kar se danes imenuje Jet Engine (Motor Entor): stisnjen zrak je na voljo zgorevalni komori (zgorevanje) skozi tradicionalni bat, visokotemperaturni plin pa se neposredno uporablja za poganjanje letenja, ki ga lahko obravnavamo kot propelerski motor in zasnovo zgorevanja. V naslednjih raziskavah je opustil idejo o uporabi težkega in neučinkovitega bata in predlagal z uporabo turbine (turbine) za zagotavljanje stisnjenega zraka do zgorevalne komore, moč turbine pa je bila dobljena iz visokotemperaturnega izpušnega plina. Leta 1930 se je Whittle zaprosil za patent in leta 1937 je razvil prvi svetovni centrifugalni turbojetski motor, ki je bil leta 1941 uradno uporabljen v letalu Gloster E.28/39. Od takrat so plinske turbinske motorje prevladovale v letalski moči in so pomemben simbol znanstvene in tehnološke industrijske ravni države.
Letalske motorje lahko razdelimo na štiri osnovne vrste glede na njihove uporabe in strukturne značilnosti: turbojetni motorji, turbofanski motorji, motori turboshat in turboprop motorji:
Motorji za letalske plinske turbine se imenujejo turbojetni motorji, ki so najzgodnejši uporabljeni plinski turbinski motorji. Z vidika poti potiska je turbojetni motorji najpreprostejši in najbolj neposredni motorji. Obrazložitev se opira na reakcijsko silo, ki nastane zaradi hitrega injiciranja vrtinca. Vendar hitri pretok zraka hkrati odvzame veliko toplote in kinetične energije, kar povzroči veliko izgubo energije.
Motor turbofan razdeli zrak, ki teče v motor na dve poti: notranji kanal in zunanji kanal, kar poveča skupni pretok zraka in znižuje temperaturo izpušnih plinov in hitrost notranjega pretoka zraka.
Motorji s turbohami in turboprop ne ustvarjajo potiska z vbrizgavanjem zraka, zato se temperatura izpušnih plinov in hitrost močno zmanjšata, toplotna učinkovitost je razmeroma visoka, stopnja porabe goriva motorja pa je nizka, kar je primerno za letala na dolge dosege. Hitrost propelerja se na splošno ne spreminja, različni potiski pa dobimo s prilagajanjem kota rezila.
Propfan motor je motor med turboprop in turbofan motorje. Lahko ga razdelimo na motorje Propfan s primeri propelerjev in motorjev Propfan brez primerov propelerjev. Motor Propfan je najbolj konkurenčen nov energijsko varčen motor, primeren za podzvočni let.
Civilni vesoljski motorji so doživeli več kot pol stoletja razvoja. Struktura motorja se je razvila od zgodnjega centrifugalnega turbinskega motorja do motorja z enim rotorjem osi, od motorja z dvojnim rotorjem turbojetov in turbofanskega motorja z nizkim obvodnim razmerjem, nato pa do motorja turbofan z visokim obvodnim razmerjem. Struktura je bila nenehno optimizirana z zasledovanjem učinkovitosti in zanesljivosti. Temperatura vhodne turbine je bila v prvi generaciji turbojetov v 40. in petdesetih letih samo 1200-1300 k v prvi generaciji turbojetov motorjev. Z vsako nadgradnjo zrakoplova se je povečalo za približno 200K. Do osemdesetih let prejšnjega stoletja je temperatura dovoda turbine v naprednih lovskih letalih četrte generacije dosegla 1800-2000 K [1].
Načelo centrifugalnega zračnega kompresorja je, da rotor poganja plin, da se vrti z veliko hitrostjo, tako da plin ustvari centrifugalno silo. Zaradi ekspanzijskega tlačnega pretoka plina v rotorju se povečata pretok in tlak plina po prehodu skozi rotor, stisnjen zrak pa se neprestano proizvaja. Ima kratko osno dimenzijo in visoko enostopenjsko razmerje tlaka. Axialflow zračni kompresor je kompresor, v katerem pretok zraka v bistvu teče vzporedno z osjo vrtečega se rotorja. Kompresor oznega pretoka je sestavljen iz več stopenj, vsaka stopnja vsebuje vrstico rezil rotorja in naslednjo vrsto lopatic statorja. Rotor je delovna rezila in kolo, stator pa je vodnik. Zrak najprej pospeši lopatice rotorja, upočasnijo in stisnejo v kanalu rezila statorja in se ponavljajo v večstopenjskih rezilih, dokler skupno razmerje tlaka ne doseže potrebne ravni. Kompresor osne pretok ima majhen premer, kar je primerno za uporabo v večstopenjskih tandemu za pridobitev višjega tlačnega razmerja.
Turbofanski motorji običajno uporabljajo obvodno razmerje, razmerje tlaka motorja, temperaturo dovoda turbine in razmerje tlaka ventilatorja kot parametre oblikovanja:
Obvodno razmerje (BPR): razmerje mase plina, ki teče skozi iztočne kanale in maso plina, ki teče skozi notranje kanale v motorju. Rotor na sprednji strani turbojetnega motorja se običajno imenuje kompresor z nizkim tlakom, rotor na sprednji strani turbofan motorja pa se običajno imenuje ventilator. Plin pod pritiskom, ki poteka skozi kompresor z nizkim tlakom, prehaja skozi vse dele turbojetnega motorja; Plin, ki poteka skozi ventilator, je razdeljen na notranje in zunanje kanale. Od pojava turbofanskih motorjev se BPR povečuje in ta trend je še posebej viden pri civilnih turbofanskih motorjih.
Razmerje tlaka motorja (EPR): razmerje skupnega tlaka na iztoku šobe in skupnega tlaka na vstopu v kompresor.
Emperatura vhodne turbine: Temperatura zgorevalne komore, ko vstopi v turbino.
Razmerje kompresije ventilatorja: imenovano tudi kompresijsko razmerje, razmerje tlaka plina na iztoku kompresorja in tlaka plina na vstopu.
Dve učinkovitosti:
Termična učinkovitost: Merilo, kako učinkovito motor pretvori toplotno energijo, ki jo ustvarja zgorevanje v mehansko energijo.
Učinkovitost pogona: merilo deleža mehanske energije, ki jo ustvari motor, ki se uporablja za poganjanje letala.
第一篇结束
2 Razvoj rezila turbine
Iterativni razvoj
Kot primer jemanje motorja s turbofanom, vrednost rezil predstavlja kar 35 odstotkov in so kritična sestavina pri proizvodnji letalskih motorjev. V motorju so 3, 000 do 4, 000 letalska rezila, ki jih je mogoče razdeliti na tri kategorije: rezila ventilatorjev, rezila kompresorja in turbinske rezila. Vrednost turbinskih rezil je najvišja, doseže 63 odstotkov. Hkrati so tudi rezila z največjo proizvodno težavo in stroški proizvodnje v turbofanskih motorjih [2].
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so bile ZDA prva, ki so v vojaških in civilnih letalskih motorjih uporabile rezila za usmerjeno strjevanje PWA1422.
Po osemdesetih letih prejšnjega stoletja se je razmerje med potiskom in teže tretje generacije povečalo na več kot 8, turbinske rezila pa so začele uporabljati prve generacije SX, PWA1480, Renén4, CMSX -2 in kitajskega DD3. Njegova temperaturna nosilnost je 80K višja od zmogljivosti najboljše usmerjene strjevanja, ki vliva visoko temperaturno zlitino PWA1422. Prednosti. Skupaj s filmom hladilno enokanalno votlino tehnologijo obratovalna temperatura turbinskih rezil doseže 1600-1750 k. .
Turbofan motor četrte generacije uporablja drugo generacijo SXPWA1484, Renén5, CMSX -4 in DD6. Z dodajanjem elementov RE in večkanalne visokotlačne tehnologije zračnega hlajenja operativna temperatura turbinskih rezil doseže 1800K -2000 k. Pri 2000K in 100h trajna moč doseže 140MPA.
Tretja generacija SX, razvita po devetdesetih letih prejšnjega stoletja, vključujejo Renén6, CMRX -10 in DD9, ki imajo zelo očitne prednosti lezenja v primerjavi s SX druge generacije. Pod zaščito zapletenih hladilnih kanalov in toplotnih pregradnih premazov je temperatura dovoda turbine, ki jo lahko zdrži, doseže 3000K. Intermetalna sestavljena zlitina, ki se uporablja v rezilih, doseže 2200K, 100H trajna trdnost pa doseže 100MPa.
Trenutno v razvoju so četrta generacija SX, ki jo predstavljajo MC-NG [4], TMS -138 itd., In SX pete generacije, ki ga predstavlja TMS -162 itd., Je značilno njegovo sestavo dodajanje novih redkih zemeljskih elementov, kot sta RU in PT, kar znatno izboljšuje uspešnost visoke temperature iz Creepa. Delovna temperatura visokotemperaturne zlitine pete generacije je dosegla 1150 stopinj, kar je blizu teoretične mejne delovne temperature 1226 stopinj.
3 Razvoj nikljevih enojnih kristalnih superlojev
3.1 Značilnosti sestave in fazna sestava nikljevih enojnih kristalnih superlojev
Glede na vrsto matričnih elementov lahko visokotemperaturne zlitine razdelimo na železo, na osnovi niklja in na kobaltu, in jih nadalje razdelimo na makrostrukture v kastingu, konitvi in prahu. Zlitine na osnovi niklja imajo boljše visokotemperaturne zmogljivosti kot drugi dve vrsti visokotemperaturnih zlitin in lahko dolgo delujejo v ostrih visokotemperaturnih okoljih.
Nikljeve visokotemperaturne zlitine vsebujejo vsaj 50 odstotkov NI. Njihova FCC struktura je zelo združljiva z nekaterimi legirnimi elementi. Število zlitinskih elementov, dodanih med postopkom načrtovanja, pogosto presega 10. Skupnost dodanih legiranih elementov je razvrščena na naslednji način: (1) Ni, Co, Fe, Cr, Ru, RE, MO in W so prvovrstni elementi, ki služijo kot austenitni stabilizacijski elementi; (2) AL, TI, TA in NB imajo večje atomske polmere, ki spodbujajo nastanek krepitvenih faz, kot so spojina Ni3 (Al, Ti, TA, NB) in so elementi drugega razreda; (3) B, C in ZR so elementi tretjega razreda. Njihova atomska velikost je veliko manjša od velikosti atomov Ni in jih zlahka ločimo na meje zrnja faze, ki igrajo vlogo pri krepitvi mej zrn [14].
Faze enojnih kristalnih visokotemperaturnih zlitin na osnovi niklja so predvsem: faza, faza, faza karbida in topološka faza, ki je zaprta (faza TCP).
Faza: Faza je faza avstenita s kristalno strukturo FCC, ki je trdna raztopina, ki jo tvorijo elementi, kot so Cr, Mo, Co, W in Re, raztopljene v niklu.
"Faza:" Faza je intermetalna spojina FCC Ni3 (Al, Ti), ki je oblikovana kot faza padavin in vzdržuje določeno skladnost in neusklajenost z matrično fazo in je bogata z AL, TI, TA in drugimi elementi.
Faza karbida: Od druge generacije SX na osnovi niklja se doda majhna količina C, kar ima za posledico pojav karbidov. Majhna količina karbidov se razprši v matrici, kar do neke mere izboljša visokotemperaturno delovanje zlitine. Na splošno je razdeljen na tri vrste: MC, M23C6 in M6C.
Faza TCP: V primeru staranja storitev prekomerni ognjevzdržni elementi, kot so CR, MO, W in RE, spodbujajo padavine faze TCP. TCP se običajno oblikuje v obliki plošče. Struktura plošče negativno vpliva na lastnosti duktilnosti, lezenja in utrujenosti. Faza TCP je eden od virov razpok lezenja.
Krepitveni mehanizem
Moč supelalijev na osnovi niklja izvira iz spajanja več mehanizmov za utrjevanje, vključno s krepitvijo trdnih raztopin, krepitvijo padavin in toplotno obdelavo, da se poveča gostota dislokacije in razvije dislokacijsko podkonstrukcijo za krepitev.
Trdna raztopina je utrjevanje raztopine izboljšati osnovno moč z dodajanjem različnih topnih elementov, vključno s CR, W, CO, MO, RE in RU.
Različni atomski polmeri vodijo do določene stopnje izkrivljanja atomske rešetke, ki zavira gibanje dislokacije. Krepitev trdne raztopine se poveča s povečanjem razlike v velikosti atomske velikosti.
Krepitev trdne raztopine ima tudi učinek zmanjšanja energije napake (SFE), ki zavira dislokacijsko navzkrižno zdrs, ki je glavni način deformacije neidealnih kristalov pri visokih temperaturah.
Atomski grozdi ali mikrostrukture na kratko območje so še en mehanizem, ki pomaga pri krepitvi s trdno raztopino. RE Atomi v SX segregate v nateznem napetostnem območju dislokacijskega jedra na / 'vmesniku, ki tvorijo "cottrell atmosfero", kar dejansko preprečuje dislokacijsko gibanje in širjenje razpok. (Topilni atomi so koncentrirani v nateznem stresnem območju ročnih dislokacij, zmanjšanje popačenja rešetk, tvori Coriolis plinsko strukturo in ustvari močan učinek krepitve trdne raztopine. Učinek se poveča s povečanjem koncentracije topljenega atoma in povečanjem velikosti razlike)
Re, W, MO, RU, CR in CO učinkovito okrepijo fazo. Trdna raztopina krepitve matrice igra izjemno pomembno vlogo pri jakosti lezenja visokotemperaturnih zlitin na osnovi niklja.
Na učinek utrjevanja padavin vpliva volumna frakcija in velikost faze. Namen optimizacije sestave visokotemperaturnih zlitin je predvsem povečati volumen frakcije faze in izboljšati mehanske lastnosti. Zlitine visokotemperaturne SX lahko vsebujejo 65 odstotkov -75 odstotkov faze ', kar ima za posledico dobro trdnost lezenja. To predstavlja uporabno največjo vrednost krepitvenega učinka vmesnika / ', nadaljnje povečanje pa bo privedlo do znatnega zmanjšanja moči. Na trdnost lezenja visokotemperaturnih zlitin z visoko fazno volumsko frakcijo vpliva velikost faznih delcev. Ko je velikost faze majhna, se dislokacije ponavadi povzpnejo okoli nje, kar ima za posledico zmanjšanje trdnosti lezenja. Ko so dislokacije prisiljene rezati fazo, trdnost lezenja doseže največ. Ko se fazni delci povečujejo v velikosti, se dislokacije ponavadi upogibajo med njimi, kar ima za posledico zmanjšanje trdnosti lezenja [14].
Obstajajo trije glavni mehanizmi za krepitev padavin:
Neskladje rešetke krepitev: „Faza se v fazni matrici razprši in obori na koherenten način. Obe sta FCC strukturi. Neskladje rešetke odraža stabilnost in stresno stanje skladnega vmesnika med obema fazama. Najboljši primer je, da imata matrica in oborjena faza isto kristalno strukturo in rešetke iste geometrije, tako da je mogoče v fazi zapolniti več oborjenih faz. Neskladna paleta visokotemperaturnih zlitin na osnovi niklja znaša 01 odstotkov. Re in Ru sta očitno ločena s fazo. Povečanje RE in RU poveča neusklajenost rešetke.
Krepitev vrstnega reda: rezanje dislokacije bo povzročilo motnjo med matrico in oborjeno fazo, ki zahteva več energije
Mehanizem za dislokacijo obvoda: imenovan Orowan mehanizem (Orowan lok), je krepitveni mehanizem, v katerem oborirana faza v kovinski matrici ovira dislokacijo v gibanju, da se še naprej premika. Osnovno načelo: Ko premikajoča se dislokacija naleti na delček, ne more preiti skozi, kar ima za posledico zaoblikovanje vedenja, rasti dislokacije linije in potrebna povečanja gonilne sile, kar ima za posledico krepitveni učinek.
3.3 Razvoj visokotemperaturnih metod vlivanja zlitin
Najstarejša zlitina, ki se uporablja v visokotemperaturnih okoljih, je mogoče zaslediti do izuma nikroma leta 1906. Pojav turbo kompresorjev in plinskih turbinskih motorjev je spodbudil pomemben razvoj visokotemperaturnih zlitin. Rezila prve generacije plinskih turbinskih motorjev so bila proizvedena z ekstruzijo in kovanjem, kar je očitno imelo omejitve časov. Trenutno rezila turbin visokotemperaturne turbine večinoma izdelujejo z vlivanjem naložb, zlasti usmerjenega strjevanja (DS). Metodo DS je v 70. letih prejšnjega stoletja v ZDA prvič izumila ekipa Versyder iz Pratt & Whitney [3]. V desetletjih razvoja se je prednostni material za turbinske lopatice spremenil iz enakovrednih kristalov v stolpne kristale in nato optimiziral do enojnih kristalnih visokotemperaturnih zlitin.
Tehnologija DS se uporablja za izdelavo stolpnih jedrnih zlitin SX komponent, kar znatno izboljša duktilnost in toplotno odpornost na visokotemperaturne zlitine. DS tehnologija zagotavlja, da imajo proizvedeni stolpčni kristali orientacijo [001], ki je vzporedna z glavno osjo napetosti dela, ne pa naključno orientacijo kristala. Načeloma mora DS zagotoviti, da se utrditev staljene kovine v litini izvaja s tekočo kovino krme, ki je vedno v pravkar določenem stanju.
Vlivanje stolpnih kristalov mora izpolnjevati dva pogoja: (1) enosmerni toplotni tok zagotavlja, da se trdni likvidni vmesnik na rastni točki zrna premika v eno smer; (2) Pred premikajočo se smeri vmesnika trdno-tekočine ne sme biti nukleacije.
Ker se zlom rezila običajno pojavi v visokotemperaturni šibki strukturi meje zrn, da se odpravlja meja zrna, se med postopkom usmerjenega strifikacije uporabi strjevalna plesen s strukturo "izbirnega zrna". Velikost prereza te strukture je blizu velikosti zrnja, tako da samo eno optimalno gojeno zrno vstopi v vdolbino kalupa, nato pa še naprej raste v obliki enega samega kristala, dokler ni celotno rezilo sestavljeno iz samo enega zrn.
Kristalni izbirnik lahko razdelimo na dva dela: začetni blok in spirala:
Na začetku postopka DS se zrna začnejo nukleatirati na dnu začetnega bloka. V zgodnji fazi rasti zrn je število veliko, velikost je majhna, razlika orientacije pa velika. Prevladuje konkurenčno rast med zrni, geometrijski blokirni učinek stranske stene pa je šibek. Trenutno je učinek optimizacije orientacije očiten; Ko se višina zrn v začetnem bloku poveča, se število zrn zmanjša, velikost se poveča in orientacija se zapira. Konkurenčno rastno vedenje med zrni se zmanjšuje, geometrijski blokirni učinek stranske stene pa prevladuje, kar zagotavlja, da je mogoče kristalno smer nenehno optimizirati, vendar je učinek optimizacije orientacije oslabljen. Z zmanjšanjem polmera začetnega bloka in povečanjem višine začetnega bloka je mogoče učinkovito optimizirati orientacijo zrn, ki vstopajo v spiralni del. Vendar pa bo povečanje dolžine izhodiščnega bloka skrajšalo učinkovit prostor rasti kastinga in vam omogočilo proizvodni cikel in stroške priprave. Zato je treba razumno oblikovati geometrijsko strukturo substrata.
Glavna funkcija spirale je učinkovito izbiro posameznih kristalov in sposobnost optimizacije orientacije zrnja je šibka. Ko se postopek DS izvede v spirali, ukrivljen kanal zagotavlja prostor za rast dendritskih vej, sekundarni dendriti zrn pa napredujejo v smeri linije likvidacije. Zrna imajo močan bočni razvojni trend, orientacija zrn pa je v nihajočem stanju, s šibkim učinkom optimizacije. Zato je izbira zrn v spirali odvisna predvsem od geometrijske restrikcijske prednosti, konkurenčne prednosti rasti in prostorske razširitve zrn v spiralnem segmentu [7], ne pa od rasti prednosti prednostne orientacije zrn, ki ima močno naključnost [6]. Zato je glavni razlog za neuspeh selekcije kristalov v tem, da spirala ne igra vloge enojne selekcije kristalov. S povečanjem zunanjega premera spirale, zmanjšanjem naklona, premera spiralne površine in zmanjšanjem začetnega kota se lahko učinek izbire kristala znatno izboljša.
Priprava votlih enojnih kristalnih turbinskih rezil zahteva več kot ducat korakov (taljenje glavne zlitine, priprava ene kristalne membranske lupine, zapletena konfiguracijska priprava keramičnega jedra, vlivanje taline, usmerjeno strjevanje, toplotna obdelava, obdelava površine, priprava na površinsko pregrado, itd.). Kompleksni postopek je nagnjen k različnim napakam, kot so potepuška zrna, pege, majhne meje zrn, kristali črta, orientacijski odklon, rekristalizacija, velike kotne meje zrn in odpoved selekcije kristalov.
第2篇结束
4 Nastajanje napak v procesu DS
Ko struktura naprednih turbinskih rezil postane bolj zapletena in večja po velikosti, so številne okvare strjevanja, kot so potepuška zrna, pege, meje zrn z nizkim kotom, črtasti kristali, odstopanje orientacije, rekristalizacijo, visokokotne meje zrnja in odpoved selekcije kristalov, med posameznim procesom rasti. Vlivanje turbinskih rezil v obliki posameznih kristalov je za livarne velik izziv.
Težave, ki obstajajo v enojnih kristalnih turbinskih rezilih, so koncentrirane predvsem v procesu rasti, ki je tesno povezan s strukturo in procesom rasti enojnih kristalnih turbinskih rezil. Prvič, telo turbinskega rezila je tanko, tenon je debel in velik, oblika prereza je spremenljiva, ukrivljenost se močno razlikuje, notranja hladilna struktura je izjemno zapletena, in veliko je mikrostruktur, kot so luknje v zračnem plesni in stolpci spojlerjev, ki vodijo do masivnih in spremenljivih dendritskih dendritnih rasti in drastičnih sprememb rasti, ki lahko povzročijo dendritski dendritski dendritski dendrit. Resno je, da bo povečanje velikosti rezila turbine razširilo pot rasti posameznega kristala, zlasti na skrajnem koncu vodne hladilne plošče. V poznejši fazi posamezne rasti kristalov se temperaturni gradient močno zmanjša s povečanjem razdalje, zaradi česar se dendriti različno rastejo in povečajo nagnjenost k oblikovanju okvar strjevanja [6].
Potepuška zrna
Ujeti kristali se nanašajo na amorfna območja med mejami zrn ali kristali, ki jih tvorita dva ali več kristalov, ki se prepletajo, trčijo ali rastejo v materialu. V robni plošči turbinskega rezila SX bo presek vlivanja doživel nenadno spremembo geometrijske velikosti, porazdelitev temperaturnega polja na tem območju pa je zelo zapletena; Med postopkom strjevanja rezila zlitina na robu vlivanja presega kritično nukleacijo zlitine zlitine, kar ima za posledico heterogeno nukleacijo nečistoč na robu vlivanja, ki tvori robne kristale trepetanja [9].
Prejšnje študije so pokazale, da ko je velikost ročne plošče majhna, dendriti višjega reda originalnih zrn zrastejo v robno ploščo in se ne oblikujejo nobeni kristali. Ko se velikost ročne plošče povečuje, se na notranjih vogalih ročne plošče najprej tvori veliko število drobnih kristalov, in nekaj kristalov potepuha raste v robno ploščo v obliki dendritov, ki zavirajo originalna zrna na sredini ročne plošče [6]. Ko se velikost ročne plošče še naprej povečuje, je na robu ročne plošče veliko podhladitve, se tekočina zlitine hitro utrdi in nastane velik stres za zmanjšanje krčenja; Učinkovitost disipacije toplote na območju prehodne plošče rezila je slaba, podhladitev je majhna, ustvarjene dendrite pa se zlomijo zaradi krčenja stresa, ki tvorijo kristale trampa, ki rastejo proti sredini ročne plošče [9]. Glede na eksperimentalne raziskave zmanjšanje višine platforme, povečanje dolžine platforme, zunanja stran platforme in sestava zlitine z visoko vsebnostjo ognjevzdržnih elementov (re, w, ta, hf) povečujejo težnjo nastajanja kristalov nečistoče [10].
Oblikovanje kristalov nečistoče na robni plošči je mogoče nadzorovati z optimizacijo postopka usmerjenega strjevanja (zmanjšanje hitrosti strjevanja), lokalno obdelavo obloge (prevleka s materiali za toplotno odpornost) in dodajanjem semenskega sistema.
FRačunovod
V poznejši fazi rasti enojnih kristalnih rezil, zlasti na razdalji od vodne hladilne plošče, je enostavno oblikovati nekaj verižnih, finih zrn, vzporedno s smerjo rasti kristala. Ker površina napake po makroskopski koroziji kaže očitne lise, se imenuje pege ali pege verige. Trenutno je struktura turbinskih rezil zapletena, vsebnost zlitin z zlitino v zlitini pa se še naprej povečuje, kar vodi do povečanja nagnjenosti na oblikovanje pege.
Oblikovalni mehanizem pege povzroča predvsem konvekcija tekočine zlitine, ki jo povzroča segregacija topljene med strjevanjem, in je povezan tudi s ponovnim premikom sekundarnih dendritov in odklonom primarnih dendritov. V procesu DS sta W in Re obogatena na območju stebla dendrita, Al in TA pa sta obogatena v tekočini zlitine med dendriti. Med prvimi in slednjim obstaja razlika gostote. Ko se kašasto območje strdi, se razlika med gostoto tekočine zlitine v kašasti območju in gostoto tekočine na sprednji strani strjevanja poveča. Porazdelitev gostote težkega zgornjega in svetlobnega dna povzroči, da je tekočina zlitine v kašasti območju podvržena vzgoji navzgor. Ko je viskozna upornost zlitine tekočine v kašasti coni presežena, se bo tekočina zlitine v kašastičnem območju med dendritom izklopila in tvorila konvekcijski kanal določene širine v kašasti coni. Pretok te zlitine tekočine se bo stopil ali razbil dendrite, da tvori fragmente dendrita. Če ti fragmenti dendrita nimajo časa, da bi iz kanala s tekočino zlitine tekali in ostali v kanalu, bodo na površini vlivanja tvorili pike, ko se kanal strdi [11].
Povečanje vsebine komponent TA in Al zlitine ter zmanjšanje vsebine W in RE lahko pomaga zmanjšati nagnjenost oblikovanja pege. V procesu DS lahko povečanje hitrosti vlečenja in povečanje temperaturnega gradienta zmanjša nagnjenost nastanka pege. Vibracije lahko znatno oslabijo konvekcijo tekoče faze med usmerjenim strjevanjem in s tem zmanjšajo težnjo tvorbe pege.
Meja z zrnom z nizkim kotom
Oblikovanje nizkokotnih mej zrn je povezano z odstopanjem orientacije dendritov, ki jih povzroča dendritna deformacija: (1) termomehanski stres, ki nastane s padavino 'faze med stacionarjem rasti; (2) obstrukcija in iztisni iztisni lupina povzročata stres krčenja v dendritih; (3) Topna konvekcija, ki jo povzroča neenakomerno temperaturno polje v kašasti coni in asimetrična sila na dendritih, vodijo do plastične deformacije dendritov, kar sproži kumulativno spremembo orientacije dendrita. Meja z zrnom z nizkim kotom se tvori na stičišču odklonjenega dendrita in prvotnega neobljudnega dendrita.
Kadar se alinizira veliko veliko kristalno rezilo, je vmesnik S/L težko vzdrževati ravninsko stanje (konkavno, ko je hitrost vlečenja visoka in izbočena, ko je hitrost vlečenja nizka). Smer temperaturnega gradienta vmesnika, ki ni prakča S/L, ne sovpada z osno smerjo vzorca. Vsaka nihanja v postopku strjevanja lahko povzročijo spremembe orientacije in s tem tvorijo meje zrn z nizkim kotom. Ta nihanja lahko povzročijo, da se nekateri dendriti rastejo v ne-stacionarnem stanju med procesom rasti od razteznega območja do telesa rezila, kar ima za posledico kot nizkokotne meje zrnca telesa rezila, ki je koncentrirano predvsem v območju 2 stopinj -6. To določajo lastnosti strjevanja zlitine in težko je najti razumen način, da se ji izognete [12].
Število meja zrn z majhnimi kotnimi v podaljškovnem območju je bistveno nižje kot v telesu rezila, napačen kot je tudi veliko manjše, vendar je število lokacij z napačnimi koti manj kot 2 stopinj v območju podaljšanja in telesu rezila primerljivo, kar kaže na primerljive sposobnosti za proizvodnjo majhnih napak. To je zato, ker je razširitvena cona v zgodnjih fazah posamezne kristalne rasti in večina dendritov kaže na stabilno rast, medtem ko je število dendritov v rasti v stanju dinamičnega ravnovesja v razširitvenem območju in telesu rezila primerljivo.
Striped kristal
Stried kristali so vrsta ozke linearne napake na površini vlivanja, ki se večinoma pojavlja na zgornjem delu rezila vlivanja. Na splošno so široki približno 1 mm in nekaj do več deset mm dolgih, z prepoznavnim začetnim položajem. Na splošno izginejo, potem ko rastejo nekaj centimetrov, lahko pa se tudi bočno razširijo na celotno rezilo, se od linearne napake razvijejo do tridimenzionalne velike napake in se preoblikujejo v razno kristalno okvaro. Smer kristala Streak je vedno v bistvu skladna s smerjo rasti dendrita na tej lokaciji.
Videz črtastih kristalov je posledica dejstva, da je glavni prtljažnik enega samega dendrita na površini vlivanja raztrgan v kašastičnem območju, vendar ga vari preostala tekočina, kar kaže očitno izhodišče. Glavni razlog za to trganje je, da je krčenje dendrita, ki ga povzroča adhezija lupine, močno ovirana ali pa je trdnost dendrita močno poškodovana zaradi rezanja vključitve. Raztrgan dendrit bo doživel določeno stopnjo splošnega odklona in tvoril ozko zrno, zaprto z majhno kotno mejo na matrični strukturi [12].
Prekristalizacija
SX je sestavljen predvsem iz faze in 'faze v obliki evtektične kombinacije. Kadar je lokalna energija visoka zaradi koncentracije deformacijskega napetosti v lokalnem območju površine, nato pa, ko v naslednjem segrevanju doseže določeno temperaturo, se faza raztopi v enojni kristalni zlitini. Po raztapljanju je na območju faznega raztapljanja zelo enostavno tvoriti celično strukturo. Površinska rekristalizacija SX se najprej začne v območju dendritne palice na površini. Začetna organizacija je celična. Nato zrna začnejo postopoma rasti v evtektično fazo / območje, ki vsebuje grobo fazo. Rast rekristaliziranih zrn spremlja jasen vmesnik med 'kristalnimi zrni in matrico [13]. Pomemben pogoj za nastanek prekristaliziranih zrn: raztapljanje faze lita.
