Di turbin gas, pengecoran baja paduan suhu tinggi adalah salah satu teknologi inti untuk memproduksi bilah turbin dan komponen ruang pembakaran. Komponen -komponen ini perlu menahan kondisi kerja yang ekstrem, termasuk suhu tinggi, tekanan tinggi, gas korosif dan tegangan mekanik.
Penerapan bilah turbin
Lingkungan kerja dan persyaratan kinerja
Bilah turbin adalah salah satu komponen paling penting dalam turbin gas, yang secara langsung terpapar pada aliran gas suhu tinggi, dan suhu mungkin setinggi 1000 ° C atau lebih.
Coran baja paduan suhu tinggi harus memiliki sifat berikut:
Resistensi suhu tinggi: Kemampuan untuk mempertahankan kekuatan dan stabilitas dalam lingkungan suhu tinggi untuk waktu yang lama.
Resistensi Creep: Cegah deformasi plastik di bawah suhu tinggi dan kondisi tegangan tinggi.
Resistensi oksidasi: Tahan oksidasi suhu tinggi dan hindari pembentukan lapisan oksida rapuh di permukaan.
Resistensi kelelahan termal: mengatasi siklus start-stop yang sering dan fluktuasi suhu.
Pemilihan materi
Paduan suhu tinggi berbasis nikel:
Bahan yang paling umum digunakan dengan kekuatan suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan oksidasi dan ketahanan creep.
Nilai umum termasuk Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, dll.
Superalloy berbasis kobalt:
Ini memiliki resistensi oksidasi yang lebih tinggi dan resistensi korosi, dan cocok untuk digunakan di lingkungan yang sangat korosif.
Nilai umum termasuk Haynes 188, Mar-M 509, dll.
Superalloy berbasis besi:
Ini memiliki biaya yang lebih rendah, tetapi ketahanan suhunya sedikit lebih rendah daripada paduan berbasis nikel dan berbasis kobalt, dan cocok untuk area suhu sedang.
Proses casting
Casting investasi
Casting investasi adalah proses utama untuk pembuatan bilah turbin, yang dapat mencapai bentuk kompleks dan presisi tinggi.
Menggunakan cetakan keramik, bilah bebas cacat diproduksi melalui casting investasi.
Saluran pendingin internal (seperti bilah berongga) dapat diproduksi untuk meningkatkan efisiensi disipasi panas.
Solidifikasi Directional (DS)
Dengan mengendalikan arah pemadatan, butiran tumbuh dalam arah tertentu, mengurangi jumlah batas butir, dan dengan demikian meningkatkan resistensi creep.
Casting kristal tunggal (SC)
Bilah kristal tunggal tidak memiliki batas butir, memiliki kekuatan suhu tinggi yang lebih tinggi dan resistensi creep, dan merupakan pilihan pertama untuk bilah turbin kelas atas.
Perawatan permukaan
Teknologi Pelapisan:
Pelapisan penghalang termal (TBC): Bahan keramik (seperti zirkonium oksida) dilapisi pada permukaan blade untuk mengurangi suhu substrat dan memperpanjang masa pakai.
Lapisan anti-oksidasi: seperti pelapis aluminida atau pelapis McRaly (logam kromium aluminium yttrium) untuk meningkatkan kemampuan anti-oksidasi.
Desain Pendinginan:
Suhu permukaan blade berkurang melalui saluran pendingin internal dan teknologi pendingin film udara eksternal.
Penerapan komponen ruang bakar
Lingkungan kerja dan persyaratan kinerja
Komponen ruang pembakaran langsung bersentuhan dengan gas pembakaran suhu tinggi dan mengalami tekanan tinggi dan media korosif (seperti sulfida dan nitrogen oksida).
Persyaratan kinerja utama meliputi:
Resistensi suhu tinggi: mampu menahan suhu pembakaran di atas 1500 ° C.
Resistensi Korosi: Tahan erosi oleh produk pembakaran.
Stabilitas Struktural: Menjaga bentuk geometris tidak berubah di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi.
Pemilihan materi
Paduan suhu tinggi berbasis nikel: banyak digunakan dalam komponen ruang bakar, dengan kekuatan suhu tinggi yang sangat baik dan sifat anti-oksidasi.
Nilai umum termasuk Inconel 617, Hastelloy X, dll.
Paduan suhu tinggi berbasis kobalt:
Digunakan di area suhu tinggi di ruang pembakaran, dengan resistensi korosi yang lebih baik.
Proses casting
Casting Presisi:
Digunakan untuk memproduksi liner ruang bakar yang kompleks, tabung api dan komponen lainnya.
Dengan mengoptimalkan proses pengecoran, ketebalan dinding komponen dipastikan seragam dan konsentrasi tegangan termal berkurang.
Pengelasan dan perakitan:
Untuk komponen ruang bakar besar, casting dan pengelasan tersegmentasi biasanya diadopsi.
Perawatan permukaan
Thermal Barrier Coating (TBC):
Lapisan keramik diterapkan pada dinding bagian dalam ruang pembakaran untuk mengurangi suhu substrat dan meningkatkan ketahanan panas.
Lapisan anti-oksidasi:
Tingkatkan resistensi oksidasi komponen ruang bakar dan perintahkan masa pakai.
Desain Pendinginan:
Komponen ruang bakar biasanya dirancang dengan struktur pendingin berpori untuk mengurangi suhu melalui pendinginan film dan pendinginan konveksi.
Keuntungan casting baja paduan suhu tinggi
Kemampuan bentuk kompleks manufaktur
Pengecoran baja paduan suhu tinggi dapat menghasilkan geometri yang kompleks, seperti struktur berongga dan saluran pendingin bilah turbin.
Kemampuan ini sangat penting untuk mengoptimalkan kinerja komponen (seperti meningkatkan efisiensi pendinginan).
Penerapan bahan kinerja tinggi
Baja paduan suhu tinggi memiliki kekuatan suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan oksidasi dan ketahanan creep, yang dapat memenuhi kebutuhan kondisi kerja turbin gas yang ekstrem.
Umur panjang dan keandalan
Melalui proses casting canggih dan teknologi pengolahan permukaan, coran baja paduan suhu tinggi dapat beroperasi secara stabil dan untuk waktu yang lama dalam suhu tinggi, tekanan tinggi dan lingkungan korosif.
Penerapan pengecoran baja paduan suhu tinggi dalam turbin gas terutama tercermin dalam pembuatan bilah turbin dan komponen ruang pembakaran. Teknologi ini tidak hanya memenuhi kebutuhan kondisi kerja turbin gas yang ekstrem, tetapi juga mempromosikan kemajuan teknologi di bidang kedirgantaraan dan energi.
