موضوع مقاله: بررسی ويژگی های قالب های سراميكی پره های توربين
تک كريستال و پلی كريستال در ريخته گری دقيق
مقدمه:
در این مقاله مقدمه ای از قالب های سرامیکی خواهیم گفت که به شرح زیر است:
پره های توربين از اجزا مجموعه توربين های گازی هستند كه با هندسـه و سـاختار و ويژگـی هـای مكانيكی خاص و با تلورانس ابعادی دقيق ساخته ميشـوند. پـره هـای تـوربين تـک كريـستال در محيط های دما بالا و فشار بالا و پرتنش استفاده مي شوند پره های تـوربين بـا روش ريختـه گـری مذاب آلياژ در قالب سرامیکی پوسته ای توليد ميشوند و قالب پوسته ای تك كريستال تحت دمای 1500 درجه سانتی گراد قرار ميگيرد.
بنابراين، كيفيت قالب سرامیکی مورد مصرف در ريخته گری جهت دار، به صورت مستقيم بر كارايی، دقت ابعادی، درصد توليد محـصول و هزينـه توليـد قطعـه
در سـال 1995 ويژگـی هـای مـورد نيـاز 1 سوپرآلياژ تک كريستال تاثيرگذار اسـت. آقـای بيلـی قالب های سراميكی مورد استفاده در ساخت پره های پلی كريستال را عنوان كرد.
در سال 2003 آقای جونز و همكارانش در تحقيقات خود، روشی براي توليد قالب های سراميكی با افـزودن فيبـر معرفی نمودند و درنهايت با قالب های ساخته شده با افزودنی پليمری مقايسه كردند كـه، تحقيقـات اوليه نشان دادند، افزودن فيبر از نظر زمان، اقتصادی و وزن قالب ايجاد شده بـراي سـاختن قالـب استاندارد ريخته گری دقيق بسيار مفيد است. وو و همكارانش در سال 2013 يـك روش توليـد داخلی برای توليد قالب های سراميكی براي توليد پره های توربين پيچيده ايجاد كردهاند كه تلفيقـي است.
در تحقيقات سال 2014 آقاي دانـگ از تكنولوژی استريوليتوگرافی و ريخته گری ژل در سال 2015 آقاي كوبياک بـه صـورت اختـصاصی ويژگـی هـای قالـب هـای مـورد اسـتفاده در ريخته گری دقيق پره های توربين انجماد جهـت دار گـزارش شـد. در نهايـت در سـال 2018 آقای زيلينگ ژو و همكارانش رفتار مكانيكی و ريزساختار دما بالاي قالب هـای سـراميكی پايـه آلومينيـايی بـرای ريختـه گـری جهت دار بررسی شد.
آنها گزارش كردند كه عمليات حرارتی باعث پر شدن حفرات توسط فاز شيشه ای سيليكاتی ميشود كه باعث
افزايش استحكام فشاري قالب ها در دماي اتاق ميشود. در اين مقاله ضمن معرفی ويژگی های قالب های سرامیکی در سـاخت
پره های توربين با گريد پلي كريستال و انجماد جهت دار، خواص حرارتی قالب های گريد انجماد جهت دار تحليل شده است.
2-ويژگی های قالب سراميكی پوسته ای پره های پلی كريستال و انجماد جهت دار
خواص اصلی قالب های ريخته گری دقيق پره های توربين، چه در گريد پلي كريـستال و چـه در گريـد انجمـاد جهـت دار، عمـدتأ يكسان هستند. علت اين است كه اين قالب ها از مواد اوليه مصرفی و روش ساخت يكسانی بهره مي برند، كه تعيين تركيـب ايـن قالب ها وابسته به نوع آلياژ و دماي كاری مورد استفاده مي باشد. به عبارت ديگر، پوسته سرامیکی به دور مدل مومی، شـامل چنـد لايه يا چند مرحله ای پوشش داده ميشود.
معمولاً اين فرآيند بين 5 تـا 15 مرحلـه و بـر اسـاس نيـاز قالـب و اسـتحكام مـدنظر ميباشد. كه اين خود نمونه ای از تفاوت های اين قالب هاست. آقای جونز و همكارانش در تحقيقات خود در گريد پلی كريـستال با 4 لايه پوشش و قطر پوسته 4/6 ميلی متر استفاده كرده اند. اين در حالی است كه آقای زلينگ ژو در سال 2018 برای گريد انجماد جهت دار از قالب 7 لايه ای با ضخامت 8/8 ميليمتر استفاده نموده است. البته ضخامت قالب ها بسته به نوع آليـاژ مـصرفی نيز متغير هستند. اما در گريد انجماد جهت دار ضخامت لايه ها بيشتر است.
در مرحله بعدی، هر پوشش با فرو بردن مدل مومی درون دوغاب سرامیکی تهيه ميشود. نمونـه پوشـش داده شـده بـراي مـدت سطحي ايجاد ميشود. قبل از آنكه لايـه پوشـش داده شـده عاری از شيارها و مسيرهای كوتاهی خشک ميشود و يک پوشش خشک شود، بر روي سطح پوشش داده شده با ذرات درشت سرامیکی به اصطلاح استوكو پاشيده ميشود، اين ذرات پاشيده شـده به لايه زيرين سرامیکی كه هنوز خشک نشده اند، ميچسبند، با تكرار اين كار، ضخامت قالب پوسته ای سرامیکی با تعداد مراحـل کمتر، افزايش مييابد. تركيب دوغاب و انتخاب استوكو در قالب های گريـد پلـی كريـستال و تـک كريـستال متفـاوت اسـت.
در جدول 1 مقايسه اي از مواد مصرفي در لايه های دو گريد، نشان شده است. همانطور كه مشخص است، اين تفاوت ها نه تنها بـين
دو گريد فوق، بلكه براي ساخت پره ها در يك گريد مشابه نيز تفاوت دارد.
مواد سراميكی با تنوع و گستردگي زيادی مصرف ميشوند، از جمله پودر سيليكا، آلومينا سيليكات، آلومينا و سيليكات زيركونيـوم. در واقع تفاوت اين قالب ها به تفاوت در روش توليد پره های توربين بر ميگردد. به عنوان مثال؛ مشخصات گرمايی قالب پوست های ميتواند بر انجماد آلياژ اثر بگذارد، و استحكام قالب بر ساير مشخصات ريخته گری و عيـوب ريختـه گـری تأثيرگـذار باشـد. عـدم آگاهی و درک صحيح از اصول پوسته گذاری و همچنين مواد خام مورد استفاده از در ساخت پوسته، باعث عدم كنترل مناسب بـر فرآيند ميشود.
بنابراين باعث ميشود كه خواص پوسته تهيه شده در نمونه های مختلف، تكرار پذير نبوده و دائماً تغيير كند.
ويژگی های مورد نياز قالب های سرامیکی پوسته ای به صورت زير ميباشد؛
- استحكام خام مناسب، به منظور سهولت خارج كردن موم بدون شكست قالب
- استحكام مناسب بعد از پخت، جهت تحمل وزن و نيروي آلياژ ريخته گری
- به حد كافي ضعيف باشد تا از پارگی گرم آلياژهای حساس جلوگيری شود
- مقاومت به شوک حرارتی بالا جهت عدم شكست در زمان ريخته گری آلياژ مذاب
- پايداری شيميايی بالا
- نفوذ پذيری و واكنش كم با مذاب آلياژ
- نفوذپذيری گازی و ضريب انتقال حرارت مطلوب جهت كنترل روند خنک شدن و انجماد
- ضريب انبساط حرارتی پايين، جهت كاهش تغييرات ابعادی در قالب و قطعه ريخته گری
- عدم جوانه زنی توسط سوپرآلياژ بر روي سطح قالب سراميكی (اين ويژگی مختص قالب های تک كريستال است)
قبلأ هم اشاره شد كه به دليل تنوع آلياژهای ريخته گری، محصولات مدنظر، ابعاد و هندسه های مختلف، مواد مختلفی را ميتوان
به عنوان مواد تشكيل دهنده استفاده كرد و خواص مختلفی نيز از قالب مورد نظر ميباشد. در ذيل سعی ميشـود خـواص
منحصر بفرد قالب های سرامیکی بررسی گردد.
به پایان مقاله رسیدیم امیدواریم از این مقاله نهایت استفاده را برده باشید.
بدون دیدگاه