Kuidas optimeerida titaanisulamist terade jõudlust?

Gr5 titaanisulamite toorainete tootja

Titaanisulamist toodete hulgas on titaanisulamist terad kõrge tehnoloogilise sisuga põhikomponendid ning nende jõudlus määrab otseselt kõrgekvaliteediliste seadmete töötõhususe ja töökindluse. Olgu tegemist aero-mootorite kompressorilabadega, gaasiturbiinide turbiinide labadega või tuuleturbiinide tuulerataste labadega, titaanisulamist labad on oma kergete ja kõrgete temperatuurikindluse eeliste tõttu läbi murdnud traditsiooniliste metallist labade jõudluse kitsaskohtadest.

Lennuki{0}}mootori kompressori labade puhulGr5 (Ti-6Al-4V)titaani sulameelistatakse. Kõrgetemperatuuriliste-turbiinilabade jaoks kasutatakse Ti-Al intermetallilisi ühendeid (nagu Ti-48Al-2Cr-2Nb) või Ti-Nb-Zr-seeria sulameid. Tuuleturbiinide ja laevade labade jaoks on Gr5 ELI, Gr2 (kaubanduslikult valitud) ja muud materjalid enamasti puhtad.

 

 

 

I. Titaanisulamist terade rakendused

Titaanisulamist labade erinevatel kasutusstsenaariumidel on erinevad nõuded materjali jõudlusele, konstruktsioonikujundusele ja töötlemise täpsusele. Võib öelda, et titaanisulamist lõiketerad on põhiline tugi tipptasemel-seadmete arendamisel "kõrge tõhususe, kerge ja pika kasutuseaga".

Äärmuslikud jõudlusnõuded

Lennu-mootorites suudavad titaanisulamist labad säilitada struktuurse stabiilsuse kõrgel temperatuuril 600-800 kraadi ja taluda suurel-kiirusel pöörlemisest põhjustatud tohutut tsentrifugaaljõudu. Titaanisulamist labade kasutamine aero-mootorites, mis jagunevad peamiselt kompressorilabadeks ja turbiinilabadeks. Erinevate töökeskkondade tõttu on nende kahe tehnilised parameetrid oluliselt erinevad. Kompressori labad kasutavad enamasti Gr5 (Ti-6Al-4V) titaanisulamit, mis peab taluma sadade meetrite sekundis õhuvoolu mõju ja tsentrifugaaljõudu kuni 100 000 pööret minutis temperatuuril 300{21}}600 kraadi. Seetõttu peavad labadel olema äärmiselt kõrge tõmbetugevus (suurem või võrdne 895 MPa) ja väsimustugevus (suurem kui 600 MPa või sellega võrdne). Turbiinilabad puutuvad pärast põlemist otseses kokkupuutes kõrgel{23}}temperatuurse gaasiga (jõudvad üle 1000 kraadi), seega peavad nad kasutama kõrge temperatuurikindlat titaanisulamit (nt Ti-Al-Nb seeria sulamit) või titaanisulamist maatrikskomposiitmaterjale. Mõned terad on plasmapihustustehnoloogia abil kaetud ka keraamilise kattega, et veelgi parandada kõrge temperatuuri vastupidavust.\\

Gaasiturbiin ja tuuleturbiini laba

Gaasiturbiinides kasutatakse titaanisulamist labasid peamiselt kompressoriosas. Kuigi töötemperatuur on madalam kui aero-mootoritel (200-500 kraadi), peavad need kohanema pikaajalise pideva tööga-, mistõttu on neil suuremad nõuded labade väsimus- ja korrosioonikindlusele. Näiteks Jaapani Mitsubishi JAC gaasiturbiinide kompressori labad kasutavad Gr5 Ti-6Al-4V ELI madala interstitsiaalse titaanisulamit.

Propelleri labad merenduses ja laevaehituses

Laeva sõukruvi labad on pikaks ajaks{0}}kasutatud merevee keskkonda, mis on merevee korrosioonile ja mere bioloogilisele saastumisele altid. Suurepärase merevee korrosioonikindlusega (aastane korrosioonimäär merevees on vaid 0,001 mm) on titaanisulamist lõiketerad saanud esmaklassilisteks-laevade valikuks.

II. Titaanisulamist terade täppistöötlus

Konkreetsed titaanisulamist materjalide klassid sobivad erinevate rakenduste jaoks titaanisulamist labadega. Alates tooriku ettevalmistamisest kuni vormimise töötlemiseni jõuab see täppistöötluse etappi. Keerulise struktuuriga labade jaoks (nt jahutusavadega turbiinilabad) kasutatakse viie-teljega ühendusfreesimise tehnoloogiat. Kiirete -titaanisulamist spetsiaalsete tööriistade (nagu WC-kaetud kattega tööriistad) abil saavutatakse teraprofiilide ja tihvtide (peavõlliga ühendatud osad) täpne töötlemine, mille töötlemistäpsus on kuni ±0,05 mm.

Mõned labad kasutavad ka 3D-printimise (SLM-i valikuline lasersulatus) tehnoloogiat, et sulatada titaanisulamist pulber otse labakujuliseks, mis sobib eriti hästi keerukate sisemiste jahutuskanalitega turbiinilabade valmistamiseks. Pinnatöötlust tehakse labade kulumiskindluse, korrosioonikindluse ja kõrgete temperatuuride vastupidavuse parandamiseks. Pärast töötlemist on tera kvaliteedi tagamiseks vajalik mitmedimensiooniline testimine.

Ultraheli testimist (UT) kasutatakse sisemiste defektide tuvastamiseks, mille puhul pole vaja poore ega pragusid, mille läbimõõt on suurem või võrdne 0,5 mm. Materjali mehaaniliste omaduste kontrollimiseks kasutatakse tõmbekatseid ja väsimuskatseid, et tagada selle vastavus projekteerimisnäitajatele. Tera profiili täpsuse tuvastamiseks kasutatakse koordinaatide mõõtmismasinaid ja profiili tolerantsi viga tuleb kontrollida ±0,1 mm piires.

iIII. Titaanisulamist terade jõudluse optimeerimine

Parandage sihipäraselt lõiketerade tugevust, kõrget{0}}temperatuuri ja korrosioonikindlust, kohandades titaanisulami keemilist koostist või lisades mikroelemente.

Likvideerige lõiketerade sisemised defektid, parandage pinna kvaliteeti ja mõõtmete täpsust ning parandage kaudselt tera jõudlust, optimeerides töötlemistehnoloogiat. SLM-i 3D-printimise protsessis kasutatakse "muutuva võimsusega laserskaneerimise" tehnoloogiat, et reguleerida tera erinevate osade laservõimsust (150-200 W profiilosa jaoks ja 250-300 W tihvtiosa jaoks), mis mitte ainult ei taga profiili täpsust, vaid suurendab ka tihvti tugevust. Pärast printimist töödeldakse kuumisostaatilist pressimist (HIP) (temperatuur 920 kraadi, rõhk 100 MPa), et eemaldada prinditud osa sees olevad väikesed poorid, suurendades materjali tihedust 98% -lt üle 99,9%.

Pinnatugevdustöötlus: Laseršokk-peening (LSP) tehnoloogia abil moodustatakse tera pinnale 0,5-1mm sügavusega survejääkpingekiht, mis suurendab tera väsimustugevust 30%-50% ja peab tõhusalt vastu suurel kiirusel pöörlemisel tekkivatele väsimuskahjustustele. Kompressori labade puhul kasutatakse teemantlihvketastega täppislihvimist, et kontrollida pinna karedust Ra0,4 μm piires, vähendades õhuvoolu mõjust põhjustatud pinna kulumist. Konstruktsiooni disaini optimeerimine: kombineerige vedeliku mehaanika ja konstruktsioonimehaanika analüüs, et optimeerida labade konstruktsiooni, parandades töö efektiivsust ja tõrgeteta vastupidavust.