Em turbinas a gás, fundição de aço de liga de alta temperatura é uma das principais tecnologias para fabricar lâminas de turbinas e componentes da câmara de combustão. Esses componentes precisam suportar condições de trabalho extremas, incluindo alta temperatura, alta pressão, gases corrosivos e estresse mecânico.
Aplicação de lâminas de turbinas
Ambiente de trabalho e requisitos de desempenho
As lâminas de turbinas são um dos componentes mais críticos nas turbinas a gás, diretamente expostas ao fluxo de gás de alta temperatura, e a temperatura pode chegar a 1000 ° C ou mais.
Castões de aço de alta temperatura de alta temperatura devem ter as seguintes propriedades:
Resistência à alta temperatura: capacidade de manter a força e a estabilidade em um ambiente de alta temperatura por um longo tempo.
Resistência à fluência: impedir a deformação plástica sob condições de alta temperatura e alta tensão.
Resistência a oxidação: Resista a oxidação de alta temperatura e evite a formação da camada de óxido quebradiço na superfície.
Resistência à fadiga térmica: lidar com ciclos de parada inicial frequente e flutuações de temperatura.
Seleção de material
Liga de alta temperatura baseada em níquel:
O material mais usado com excelente resistência à alta temperatura, resistência a oxidação e resistência à fluência.
As notas comuns incluem Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, etc.
Superlloys à base de cobalto:
Possui maior resistência a oxidação e resistência à corrosão e é adequado para uso em ambientes extremamente corrosivos.
As notas comuns incluem Haynes 188, Mar-M 509, etc.
Superlloys à base de ferro:
Ele tem menor custo, mas sua resistência à temperatura é ligeiramente inferior à das ligas à base de níquel e à base de cobalto e é adequada para áreas de temperatura média.
Processo de fundição
Elenco de investimento
A fundição de investimentos é o principal processo de fabricação de lâminas de turbinas, que podem obter formas complexas e alta precisão.
Utilizando moldes de cerâmica, lâminas livres de defeitos são produzidas através do elenco de investimentos.
Os canais de resfriamento internos (como lâminas ocos) podem ser fabricados para melhorar a eficiência da dissipação de calor.
Solidificação direcional (DS)
Ao controlar a direção da solidificação, os grãos crescem em uma direção específica, reduzindo o número de limites de grãos e melhorando assim a resistência à fluência.
Fundição de cristal único (SC)
As lâminas de cristal único não têm limites de grãos, têm maior resistência à temperatura alta e resistência à fluência e são a primeira opção para as lâminas de turbinas de ponta.
Tratamento de superfície
Tecnologia de revestimento:
Coating de barreira térmica (TBC): Os materiais cerâmicos (como óxido de zircônio) são revestidos na superfície da lâmina para reduzir a temperatura do substrato e prolongar a vida útil do serviço.
COMPREGO ANTI-OXIDAÇÃO: como revestimento de aluminídeo ou revestimento de mcraly (alumínio de cromo metálico) para aumentar a capacidade de antioxidação.
Design de refrigeração:
A temperatura da superfície da lâmina é reduzida através de canais de resfriamento internos e tecnologia de resfriamento de filmes de ar externos.
Aplicação de componentes da câmara de combustão
Ambiente de trabalho e requisitos de desempenho
Os componentes da câmara de combustão estão diretamente em contato com gases de combustão de alta temperatura e são submetidos a alta pressão e meio corrosivo (como sulfetos e óxidos de nitrogênio).
Os principais requisitos de desempenho incluem:
Resistência à alta temperatura: capaz de suportar temperaturas de combustão acima de 1500 ° C.
Resistência à corrosão: resista à erosão por produtos de combustão.
Estabilidade estrutural: mantém a forma geométrica inalterada sob alta temperatura e alta pressão.
Seleção de material
Alia de alta temperatura à base de níquel: amplamente utilizada em componentes da câmara de combustão, com excelentes propriedades de força de alta temperatura e antioxidação.
As notas comuns incluem Inconel 617, Hastelloy X, etc.
Ligas de alta temperatura à base de cobalto:
Utilizado em áreas de alta temperatura em câmaras de combustão, com melhor resistência à corrosão.
Processo de fundição
Fundição de precisão:
Usado para fabricar revestimentos complexos da câmara de combustão, tubos de chama e outros componentes.
Ao otimizar o processo de fundição, a espessura da parede dos componentes é garantida como uniforme e a concentração de tensão térmica é reduzida.
Soldagem e montagem:
Para grandes componentes da câmara de combustão, geralmente são adotadas fundição e soldagem segmentadas.
Tratamento de superfície
Revestimento de barreira térmica (TBC):
O revestimento de cerâmica é aplicado à parede interna da câmara de combustão para reduzir a temperatura do substrato e melhorar a resistência ao calor.
Revestimento anti-oxidação:
Melhore a resistência a oxidação dos componentes da câmara de combustão e estenda a vida útil do serviço.
Design de refrigeração:
Os componentes da câmara de combustão geralmente são projetados com estruturas de resfriamento poroso para reduzir a temperatura através do resfriamento do filme e resfriamento por convecção.
Vantagens do fundição de aço de alta temperatura de alta temperatura
Capacidade de fabricar formas complexas
A fundição de aço de liga de alta temperatura pode produzir geometrias complexas, como estruturas ocas e canais de resfriamento de lâminas de turbinas.
Essa habilidade é fundamental para otimizar o desempenho dos componentes (como melhorar a eficiência de resfriamento).
Aplicabilidade de materiais de alto desempenho
O aço de liga de alta temperatura possui excelente resistência de alta temperatura, resistência a oxidação e resistência à fluência, que podem atender às necessidades de condições de trabalho extremas das turbinas a gás.
Longa vida e confiabilidade
Através de processos avançados de fundição e tecnologias de tratamento de superfície, as peças de aço de liga de alta temperatura podem operar de forma estável e por um longo tempo em alta temperatura, alta pressão e ambientes corrosivos.
A aplicação de fundição de aço de liga de alta temperatura em turbinas a gás é refletida principalmente na fabricação de lâminas de turbinas e componentes da câmara de combustão. Essas tecnologias não apenas atendem às necessidades de condições de trabalho extremas das turbinas a gás, mas também promovem o progresso tecnológico nos campos do aeroespacial e da energia.
