Nelle turbine a gas, fusione in acciaio in lega ad alta temperatura è una delle tecnologie principali per la produzione di lame di turbine e componenti della camera di combustione. Questi componenti devono resistere a condizioni di lavoro estreme, tra cui alta temperatura, alta pressione, gas corrosivi e sollecitazione meccanica.
Applicazione di lame di turbina
Ambiente di lavoro e requisiti di prestazione
Le pale delle turbine sono uno dei componenti più critici nelle turbine a gas, direttamente esposte al flusso di gas ad alta temperatura e la temperatura può essere alta fino a 1000 ° C o più.
Le getti in acciaio in lega ad alta temperatura devono avere le seguenti proprietà:
Resistenza ad alta temperatura: capacità di mantenere la resistenza e la stabilità in ambiente ad alta temperatura per lungo tempo.
Resistenza alla creep: prevenire la deformazione plastica a temperature elevate e condizioni di sollecitazione elevata.
Resistenza all'ossidazione: resistere all'ossidazione ad alta temperatura ed evitare la formazione dello strato di ossido fragile sulla superficie.
Resistenza alla fatica termica: far fronte a frequenti cicli di stop e fluttuazioni di temperatura.
Selezione del materiale
Lega ad alta temperatura a base di nichel:
Il materiale più comunemente usato con eccellente resistenza ad alta temperatura, resistenza all'ossidazione e resistenza al creep.
I gradi comuni includono Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, ecc.
SuperAlloys a base di cobalto:
Ha una maggiore resistenza all'ossidazione e resistenza alla corrosione ed è adatto per l'uso in ambienti estremamente corrosivi.
I voti comuni includono Haynes 188, Mar-M 509, ecc.
SuperAlloe a base di ferro:
Ha un costo inferiore, ma la sua resistenza alla temperatura è leggermente inferiore a quella delle leghe a base di nichel e a base di cobalto ed è adatta alle aree di media temperatura.
Processo di fusione
Casting per investimenti
La fusione degli investimenti è il processo principale per la produzione di lame di turbine, che possono raggiungere forme complesse e alta precisione.
Utilizzando stampi in ceramica, le lame prive di difetti vengono prodotte attraverso la fusione degli investimenti.
I canali di raffreddamento interni (come le lame cavi) possono essere fabbricati per migliorare l'efficienza della dissipazione del calore.
Solidificazione direzionale (DS)
Controllando la direzione di solidificazione, i grani crescono in una direzione specifica, riducendo il numero di confini del grano e migliorando così la resistenza alla creep.
Crystal Casting (SC)
Le lame di cristalli singoli non hanno confini del grano, hanno una resistenza ad alta temperatura più elevata e resistenza al creep e sono la prima scelta per le lame di turbina di fascia alta.
Trattamento superficiale
Tecnologia di rivestimento:
Rivestimento a barriera termica (TBC): i materiali ceramici (come l'ossido di zirconio) sono rivestiti sulla superficie della lama per ridurre la temperatura del substrato ed estendere la durata di servizio.
Rivestimento anti-ossidazione: come rivestimento di alluminidi o mcraly (metallo cromo in alluminio ittrio) per migliorare la capacità di antiossidazione.
Design di raffreddamento:
La temperatura superficiale della lama è ridotta attraverso i canali di raffreddamento interno e la tecnologia di raffreddamento del film d'aria esterno.
Applicazione dei componenti della camera di combustione
Ambiente di lavoro e requisiti di prestazione
I componenti della camera di combustione sono direttamente a contatto con gas di combustione ad alta temperatura e sono sottoposti a media ad alta pressione e corrosivi (come solfuri e ossidi di azoto).
I requisiti di prestazione principali includono:
Resistenza ad alta temperatura: in grado di resistere alle temperature di combustione superiori a 1500 ° C.
Resistenza alla corrosione: resistere all'erosione da parte dei prodotti a combustione.
Stabilità strutturale: mantiene la forma geometrica invariata a temperatura elevata e alta pressione.
Selezione del materiale
Lega ad alta temperatura a base di nichel: ampiamente utilizzato nei componenti della camera di combustione, con eccellenti proprietà di resistenza ad alta temperatura e antiossidazione.
I voti comuni includono Inconel 617, Hastelloy X, ecc.
Leghe ad alta temperatura a base di cobalto:
Utilizzato nelle aree ad alta temperatura nelle camere di combustione, con una migliore resistenza alla corrosione.
Processo di fusione
Casting di precisione:
Utilizzato per produrre rivestimenti per camera di combustione complessi, tubi di fiamma e altri componenti.
Ottimizzando il processo di fusione, lo spessore della parete dei componenti è assicurato che sia uniforme e la concentrazione di stress termico viene ridotta.
Saldatura e assemblaggio:
Per i grandi componenti della camera di combustione, di solito vengono adottati casting e saldatura segmentati.
Trattamento superficiale
Rivestimento a barriera termica (TBC):
Il rivestimento in ceramica viene applicato alla parete interna della camera di combustione per ridurre la temperatura del substrato e migliorare la resistenza al calore.
Rivestimento anti-ossidazione:
Migliorare la resistenza all'ossidazione dei componenti della camera di combustione ed estendere la durata di servizio.
Design di raffreddamento:
I componenti della camera di combustione sono generalmente progettati con strutture di raffreddamento porose per ridurre la temperatura attraverso il raffreddamento del film e il raffreddamento della convezione.
Vantaggi della fusione in acciaio in lega ad alta temperatura
Capacità di produrre forme complesse
La fusione in acciaio in lega ad alta temperatura può produrre geometrie complesse, come strutture cave e canali di raffreddamento delle pale della turbina.
Questa capacità è fondamentale per ottimizzare le prestazioni dei componenti (come il miglioramento dell'efficienza di raffreddamento).
Applicabilità di materiali ad alte prestazioni
L'acciaio in lega ad alta temperatura ha un'eccellente resistenza ad alta temperatura, resistenza all'ossidazione e resistenza al creep, che possono soddisfare le esigenze delle condizioni di lavoro estreme delle turbine a gas.
Lunga vita e affidabilità
Attraverso processi di fusione avanzati e tecnologie di trattamento superficiale, i getti in acciaio in lega ad alta temperatura possono funzionare in modo stabilmente e per lungo tempo ad alta temperatura, alta pressione e ambienti corrosivi.
L'applicazione della fusione in acciaio in lega ad alta temperatura nelle turbine a gas si riflette principalmente nella produzione di pale di turbine e componenti della camera di combustione. Queste tecnologie non solo soddisfano le esigenze di condizioni di lavoro estreme delle turbine a gas, ma promuovono anche il progresso tecnologico nei settori di aerospaziale ed energia.
