Trong tuabin khí, Đúc thép hợp kim nhiệt độ cao là một trong những công nghệ cốt lõi để sản xuất lưỡi tuabin và các thành phần buồng đốt. Những thành phần này cần phải chịu được điều kiện làm việc cực độ, bao gồm nhiệt độ cao, áp suất cao, khí ăn mòn và căng thẳng cơ học.
Áp dụng lưỡi tuabin
Môi trường làm việc và các yêu cầu về hiệu suất
Lưỡi dao tuabin là một trong những thành phần quan trọng nhất trong tuabin khí, tiếp xúc trực tiếp với dòng khí nhiệt độ cao và nhiệt độ có thể cao tới 1000 ° C trở lên.
Đóng thép hợp kim nhiệt độ cao phải có các đặc tính sau:
Điện trở nhiệt độ cao: Khả năng duy trì sức mạnh và sự ổn định trong môi trường nhiệt độ cao trong một thời gian dài.
Khả năng kháng creep: Ngăn chặn biến dạng dẻo trong điều kiện nhiệt độ cao và ứng suất cao.
Điện trở oxy hóa: Chống lại quá trình oxy hóa nhiệt độ cao và tránh sự hình thành lớp oxit giòn trên bề mặt.
Điện trở mỏi nhiệt: Đối phó với các chu kỳ dừng khởi động thường xuyên và dao động nhiệt độ.
Lựa chọn vật chất
Hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken:
Các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất với cường độ nhiệt độ cao tuyệt vời, khả năng chống oxy hóa và khả năng chống leo.
Các lớp phổ biến bao gồm Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, v.v.
Superalloys dựa trên Cobalt:
Nó có khả năng chống oxy hóa và kháng ăn mòn cao hơn, và phù hợp để sử dụng trong môi trường cực kỳ ăn mòn.
Các lớp phổ biến bao gồm Haynes 188, Mar-M 509, v.v.
Superalloys dựa trên sắt:
Nó có chi phí thấp hơn, nhưng điện trở nhiệt độ của nó kém hơn một chút so với các hợp kim dựa trên niken và coban, và phù hợp cho các khu vực nhiệt độ trung bình.
Quá trình đúc
Đúc đầu tư
Đúc đầu tư là quá trình chính để sản xuất lưỡi tuabin, có thể đạt được hình dạng phức tạp và độ chính xác cao.
Sử dụng khuôn gốm, lưỡi không khiếm khuyết được sản xuất thông qua đúc đầu tư.
Các kênh làm mát bên trong (như lưỡi rỗng) có thể được sản xuất để cải thiện hiệu quả tản nhiệt.
Sự hóa rắn định hướng (DS)
Bằng cách kiểm soát hướng hóa rắn, các hạt phát triển theo một hướng cụ thể, giảm số lượng ranh giới hạt, và do đó cải thiện khả năng chống leo.
Đúc tinh thể đơn (SC)
Các lưỡi tinh thể đơn không có ranh giới hạt, có cường độ nhiệt độ cao và khả năng chống leo cao hơn, và là lựa chọn đầu tiên cho các lưỡi tuabin cao cấp.
Xử lý bề mặt
Công nghệ phủ:
Lớp phủ hàng rào nhiệt (TBC): Vật liệu gốm (như oxit zirconium) được phủ trên bề mặt lưỡi để giảm nhiệt độ của chất nền và kéo dài tuổi thọ dịch vụ.
Lớp phủ chống oxy hóa: chẳng hạn như lớp phủ aluminide hoặc mcraly (lớp vỏ bằng kim loại crom bằng nhôm yttri) để tăng cường khả năng chống oxy hóa.
Thiết kế làm mát:
Nhiệt độ bề mặt của lưỡi dao được giảm thông qua các kênh làm mát bên trong và công nghệ làm mát màng không khí bên ngoài.
Áp dụng các thành phần buồng đốt
Môi trường làm việc và các yêu cầu về hiệu suất
Các thành phần buồng đốt được tiếp xúc trực tiếp với các khí đốt nhiệt độ cao và phải chịu áp suất cao và môi trường ăn mòn (như sulfide và oxit nitơ).
Các yêu cầu về hiệu suất chính bao gồm:
Điện trở nhiệt độ cao: Có thể chịu được nhiệt độ đốt cháy trên 1500 ° C.
Kháng ăn mòn: Chống lại xói mòn bằng các sản phẩm đốt.
Độ ổn định cấu trúc: Duy trì hình dạng hình học không thay đổi dưới nhiệt độ cao và áp suất cao.
Lựa chọn vật chất
Hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken: Được sử dụng rộng rãi trong các thành phần buồng đốt, với cường độ nhiệt độ cao và đặc tính chống oxy hóa tuyệt vời.
Các lớp phổ biến bao gồm Inconel 617, Hastelloy X, v.v.
Hợp kim nhiệt độ cao dựa trên coban:
Được sử dụng trong các khu vực nhiệt độ cao trong các buồng đốt, với khả năng chống ăn mòn tốt hơn.
Quá trình đúc
Đúc chính xác:
Được sử dụng để sản xuất lớp lót buồng đốt phức, ống ngọn lửa và các thành phần khác.
Bằng cách tối ưu hóa quá trình đúc, độ dày thành của các thành phần được đảm bảo là đồng đều và nồng độ ứng suất nhiệt bị giảm.
Hàn và lắp ráp:
Đối với các thành phần buồng đốt lớn, đúc và hàn phân đoạn thường được áp dụng.
Xử lý bề mặt
Lớp phủ rào chắn nhiệt (TBC):
Lớp phủ gốm được áp dụng cho thành bên trong của buồng đốt để giảm nhiệt độ cơ chất và cải thiện khả năng chống nhiệt.
Lớp phủ chống oxy hóa:
Cải thiện khả năng chống oxy hóa của các thành phần buồng đốt và kéo dài tuổi thọ dịch vụ.
Thiết kế làm mát:
Các thành phần buồng đốt thường được thiết kế với các cấu trúc làm mát xốp để giảm nhiệt độ thông qua làm mát màng và làm mát đối lưu.
Ưu điểm của đúc thép hợp kim nhiệt độ cao
Khả năng sản xuất các hình dạng phức tạp
Pha bằng thép hợp kim nhiệt độ cao có thể tạo ra hình học phức tạp, chẳng hạn như cấu trúc rỗng và các kênh làm mát của lưỡi tuabin.
Khả năng này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất thành phần (như cải thiện hiệu quả làm mát).
Khả năng ứng dụng của vật liệu hiệu suất cao
Thép hợp kim nhiệt độ cao có cường độ nhiệt độ cao tuyệt vời, khả năng chống oxy hóa và khả năng chống leo, có thể đáp ứng nhu cầu của điều kiện làm việc cực độ của tuabin khí.
Cuộc sống lâu dài và độ tin cậy
Thông qua các quy trình đúc tiên tiến và các công nghệ xử lý bề mặt, đúc thép hợp kim nhiệt độ cao có thể hoạt động ổn định và trong một thời gian dài ở nhiệt độ cao, áp suất cao và môi trường ăn mòn.
Việc áp dụng đúc thép hợp kim nhiệt độ cao trong tuabin khí chủ yếu được phản ánh trong việc sản xuất lưỡi tuabin và các thành phần buồng đốt. Những công nghệ này không chỉ đáp ứng nhu cầu của điều kiện làm việc cực đoan của tuabin khí, mà còn thúc đẩy tiến bộ công nghệ trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ và năng lượng.
