I gasturbiner, Högtemperaturlegeringsstålgjutning är en av kärnteknologierna för tillverkning av turbinblad och förbränningskammarkomponenter. Dessa komponenter måste motstå extrema arbetsförhållanden, inklusive hög temperatur, högt tryck, frätande gaser och mekanisk stress.
Applicering av turbinblad
Arbetsmiljö och prestationskrav
Turbinblad är en av de mest kritiska komponenterna i gasturbiner, direkt utsatta för gasflödet med högt temperatur, och temperaturen kan vara så hög som 1000 ° C eller mer.
Högtemperaturlegeringsstålgjutningar måste ha följande egenskaper:
Hög temperaturmotstånd: Förmåga att upprätthålla styrka och stabilitet i hög temperaturmiljö under lång tid.
Krypmotstånd: Förhindra plastisk deformation under hög temperatur och höga stressförhållanden.
Oxidationsmotstånd: motstå oxidation av hög temperatur och undvik bildandet av sprött oxidskikt på ytan.
Termisk trötthetsresistens: hantera ofta start-stoppcykler och temperaturfluktuationer.
Urval
Nickelbaserad hög temperaturlegering:
Det vanligaste materialet med utmärkt hög temperaturstyrka, oxidationsmotstånd och krypmotstånd.
Vanliga betyg inkluderar Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, etc.
Koboltbaserade superlegeringar:
Den har högre oxidationsmotstånd och korrosionsbeständighet och är lämplig för användning i extremt frätande miljöer.
Vanliga betyg inkluderar Haynes 188, Mar-M 509, etc.
Järnbaserade superlegeringar:
Det har lägre kostnader, men dess temperaturmotstånd är något underlägsen den för nickelbaserade och koboltbaserade legeringar och är lämplig för medelstemperaturområden.
Gjutningsprocess
Investeringsgjutning
Investeringsgjutning är huvudprocessen för tillverkning av turbinblad, som kan uppnå komplexa former och hög precision.
Med användning av keramiska formar produceras defektfria blad genom investeringsbesättning.
Interna kylkanaler (såsom ihåliga blad) kan tillverkas för att förbättra värmeavledningseffektiviteten.
Riktningsstelning (DS)
Genom att kontrollera stelningsriktningen växer kornen i en specifik riktning, minskar antalet korngränser och därmed förbättrar krypmotståndet.
Single Crystal Casting (SC)
Enkelkristallblad har inga korngränser, har högre hög temperaturstyrka och krypmotstånd och är det första valet för avancerade turbinblad.
Ytbehandling
Beläggningsteknik:
Termisk barriärbeläggning (TBC): Keramiska material (såsom zirkoniumoxid) är belagda på ytan av bladet för att minska temperaturen på underlaget och förlänga livslängden.
Anti-oxidationsbeläggning: såsom aluminidbeläggning eller McRaly (metallkrom aluminium YTTRIUM) beläggning för att förbättra anti-oxidationsförmågan.
Kyldesign:
Bladets yttemperatur reduceras genom interna kylkanaler och yttre luftfilmkylteknologi.
Applicering av förbränningskammarkomponenter
Arbetsmiljö och prestationskrav
Förbränningskammarkomponenterna är direkt i kontakt med förbränningsgaser med högtemperatur och utsätts för högt tryck och frätande media (såsom sulfider och kväveoxider).
De viktigaste prestandakraven inkluderar:
Hög temperaturmotstånd: Kunna tål förbränningstemperaturer över 1500 ° C.
Korrosionsbeständighet: Motstå erosion genom förbränningsprodukter.
Strukturell stabilitet: upprätthåller geometrisk form oförändrad under hög temperatur och högt tryck.
Urval
Nickelbaserad högtemperaturlegering: allmänt använd i förbränningskammarkomponenter, med utmärkt hög temperaturstyrka och antioxidationsegenskaper.
Vanliga betyg inkluderar Inconel 617, Hastelloy X, etc.
Koboltbaserade högtemperaturlegeringar:
Används i högtemperaturområden i förbränningskamrar, med bättre korrosionsbeständighet.
Gjutningsprocess
Precisionsgjutning:
Används för att tillverka komplexa förbränningskammarfoder, flamrör och andra komponenter.
Genom att optimera gjutningsprocessen säkerställs komponenternas väggtjocklek för att vara enhetlig och den termiska spänningskoncentrationen reduceras.
Svetsning och montering:
För stora förbränningskammarkomponenter antas vanligtvis segmenterad gjutning och svetsning.
Ytbehandling
Termisk barriärbeläggning (TBC):
Keramisk beläggning appliceras på den inre väggen i förbränningskammaren för att minska underlagstemperaturen och förbättra värmemotståndet.
Anti-oxidationsbeläggning:
Förbättra oxidationsmotståndet för förbränningskammarkomponenter och förlänga livslängden.
Kyldesign:
Förbränningskammarkomponenter är vanligtvis utformade med porösa kylstrukturer för att minska temperaturen genom filmkylning och konvektionskylning.
Fördelar med högtemperaturlegeringsstålgjutning
Förmåga att tillverka komplexa former
Högtemperaturlegeringsstålgjutning kan producera komplexa geometrier, såsom ihåliga strukturer och kylkanaler med turbinblad.
Denna förmåga är avgörande för att optimera komponentprestanda (som att förbättra kylningseffektiviteten).
Tillämpbarhet av högpresterande material
Högtemperaturlegeringsstål har utmärkt högtemperaturstyrka, oxidationsmotstånd och krypmotstånd, som kan tillgodose behoven hos extrema arbetsförhållanden för gasturbiner.
Lång livslängd och tillförlitlighet
Genom avancerade gjutningsprocesser och ytbehandlingsteknologier kan högtemperaturlegeringsstålgjutning fungera stabilt och under lång tid i högtemperatur, högt tryck och frätande miljöer.
Tillämpningen av högtemperaturlegeringsstålgjutning i gasturbiner återspeglas huvudsakligen i tillverkningen av turbinblad och förbränningskammarkomponenter. Dessa tekniker uppfyller inte bara behoven hos extrema arbetsförhållanden för gasturbiner, utan främjar också tekniska framsteg inom områdena flyg- och energi.
