I gasturbiner, Højtemperaturlegeringsstålstøbning er en af kerneteknologierne til fremstilling af turbineblade og forbrændingskammerkomponenter. Disse komponenter er nødt til at modstå ekstreme arbejdsvilkår, herunder høj temperatur, højt tryk, ætsende gasser og mekanisk stress.
Anvendelse af turbineblad
Arbejdsmiljø og præstationskrav
Turbineblade er en af de mest kritiske komponenter i gasturbiner, der er direkte udsat for gasstrøm med høj temperatur, og temperaturen kan være så høj som 1000 ° C eller mere.
Legering af høj temperatur stålstøbning skal have følgende egenskaber:
Modstand med høj temperatur: Evne til at opretholde styrke og stabilitet i miljøet med høj temperatur i lang tid.
Krybmodstand: Forhindre plastdeformation under høj temperatur og høje stressforhold.
Oxidationsresistens: Modstå oxidation af høj temperatur og undgå dannelsen af sprødt oxidlag på overfladen.
Termisk træthedsmodstand: Kopier hyppige start-stop-cyklusser og temperatursvingninger.
Valg af materiale
Nikkelbaseret høj temperaturlegering:
Det mest almindeligt anvendte materiale med fremragende styrke med høj temperatur, oxidationsmodstand og krybningsmodstand.
Almindelige kvaliteter inkluderer Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4 osv.
Cobalt-baserede superlegeringer:
Det har højere oxidationsmodstand og korrosionsmodstand og er velegnet til brug i ekstremt ætsende miljøer.
Almindelige kvaliteter inkluderer Haynes 188, Mar-M 509 osv.
Jernbaserede superlegeringer:
Det har lavere omkostninger, men dens temperaturmodstand er lidt ringere end den for nikkelbaserede og koboltbaserede legeringer og er velegnet til mellemstore temperaturområder.
Støbningsproces
Investeringsstøbning
Investeringsstøbning er hovedprocessen til fremstilling af turbineblade, som kan opnå komplekse former og høj præcision.
Ved hjælp af keramiske forme produceres defektfrie klinger gennem investeringsstøbning.
Interne kølekanaler (såsom hule klinger) kan fremstilles for at forbedre varmeafledningseffektiviteten.
Retningsbestemt størkning (DS)
Ved at kontrollere størkningsretningen vokser kornene i en bestemt retning, reducerer antallet af korngrænser og forbedrer dermed krybemodstand.
Enkelt krystalstøbning (SC)
Enkelt krystalblade har ingen korngrænser, har højere høj temperaturstyrke og krybe modstand og er det første valg til avancerede turbineblade.
Overfladebehandling
Belægningsteknologi:
Termisk barrierebelægning (TBC): Keramiske materialer (såsom zirkoniumoxid) er belagt på overfladen af bladet for at reducere temperaturen på underlaget og forlænge levetiden.
Anti-oxidationsbelægning: såsom aluminidbelægning eller mcraly (metalchromaluminium yttrium) belægning for at forbedre antioxidationsevnen.
Kølesign:
Bladets overfladetemperatur reduceres gennem interne kølekanaler og ekstern luftfilmkøleteknologi.
Anvendelse af forbrændingskammerkomponenter
Arbejdsmiljø og præstationskrav
Forbrændingskammerkomponenter er direkte i kontakt med forbrændingsgasser med høj temperatur og udsættes for højt tryk og ætsende medier (såsom sulfider og nitrogenoxider).
De vigtigste ydelseskrav inkluderer:
Resistens med høj temperatur: i stand til at modstå forbrændingstemperaturer over 1500 ° C.
Korrosionsbestandighed: Modstå erosion ved forbrændingsprodukter.
Strukturel stabilitet: opretholder geometrisk form uændret under høj temperatur og højt tryk.
Valg af materiale
Nikkelbaseret høj-temperaturlegering: vidt brugt i forbrændingskammerkomponenter med fremragende styrke med høj temperatur og antioxidationsegenskaber.
Almindelige kvaliteter inkluderer Inconel 617, Hastelloy X osv.
Cobalt-baserede høje temperaturlegeringer:
Brugt i områder med høj temperatur i forbrændingskamre med bedre korrosionsbestandighed.
Støbningsproces
Præcisionsstøbning:
Bruges til at fremstille komplekse forbrændingskammerforinger, flammør og andre komponenter.
Ved at optimere støbningsprocessen sikres komponenternes vægtykkelse at være ensartet, og den termiske stresskoncentration reduceres.
Svejsning og samling:
For store forbrændingskammerkomponenter vedtages segmenteret støbning og svejsning normalt.
Overfladebehandling
Termisk barrierebelægning (TBC):
Keramisk belægning påføres den indre væg i forbrændingskammeret for at reducere substrattemperaturen og forbedre varmemodstanden.
Anti-oxidationsbelægning:
Forbedre oxidationsmodstanden for forbrændingskammerkomponenter og forlænge levetiden.
Kølesign:
Forbrændingskammerkomponenter er normalt designet med porøse afkølingsstrukturer for at reducere temperaturen gennem filmkøling og konvektionskøling.
Fordele ved stålstålstålstålstålstålstålstål
Funktionen til fremstilling af komplekse former
Stålstålstål med høj temperatur kan producere komplekse geometrier, såsom hule strukturer og kølekanaler af turbineblade.
Denne evne er kritisk for at optimere komponentens ydeevne (såsom forbedring af køleeffektivitet).
Anvendelighed af materialer med højtydende
Højtemperaturlegeringsstål har fremragende styrke med høj temperatur, oxidationsresistens og krybningsmodstand, som kan imødekomme behovene for ekstreme arbejdsforhold for gasturbiner.
Lang levetid og pålidelighed
Gennem avancerede støbningsprocesser og overfladebehandlingsteknologier kan legeringstålstøbninger med høj temperatur operere stabilt og i lang tid i høj temperatur, højt tryk og ætsende miljøer.
Anvendelsen af støbning med høj temperaturlegering i gasturbiner afspejles hovedsageligt i fremstilling af turbineblade og forbrændingskammerkomponenter. Disse teknologier imødekommer ikke kun behovene for ekstreme arbejdsforhold for gasturbiner, men fremmer også teknologiske fremskridt inden for luftfart og energi.
