本帖最后由 hd_1000 于 2016-1-17 15:46 編輯
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9 p# y9 }. R) A5 I, @以目前的技術(shù)而言,要實現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)效率最大化,必須提高溫度,F(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率已達(dá)到42%以上,是最高效、最清潔的動力設(shè)備,然而要實現(xiàn)這樣的熱效率,燃?xì)廨啓C(jī)的最高溫度需要達(dá)到1500℃,普通材料到了這個溫度,都已經(jīng)融化了,所以科學(xué)家們希望能找到一種特別耐高溫的材料 最初,科學(xué)家從自然界尋找耐高溫的金屬元素,鎳就是其中之一,以鎳為基礎(chǔ)加上少量銅、鐵、錫等元素形成的鎳基合金能承受幾百攝氏度的高溫,想再提高溫度,“天然”的找不到,只好“人造”了。 渦輪葉片的對比: ( b# k9 Z* A( V/ i: W# T4 J
圖一 傳統(tǒng)鑄造渦輪葉片
4 \% H& G1 J/ J: B圖二 定向結(jié)晶渦輪葉片 $ T$ h5 `: g" A/ U( ^0 ?7 K
圖三 單晶渦輪葉片 singlecrystal blade,經(jīng)過了3代發(fā)展。 第一代是:鎳基高溫合金 第二代是:定向晶界的多晶 第三代:正在研制的單晶 5 s/ ]" d$ ^; d' b% Z$ v: }
晶體的世界,可能會顛覆你對生物與非生物的認(rèn)識,因為有些特殊用途的晶體是“長出來的”。 耐1100℃的鎳基合金單晶葉片,如何抵抗燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)最高1500℃的高溫,這又是一場大戰(zhàn)。發(fā)現(xiàn),在均勻分布的葉片之下,有各種氣孔,在高溫下這些氣孔能通過導(dǎo)入空氣形成冷風(fēng),來有效降低葉片的表面溫度。
& }$ Q* v% c: ?) `. }& o 單晶葉片指,只有一個晶粒的鑄造葉片。定向結(jié)晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界,使全部晶界平行于應(yīng)力軸方向,從而改善了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界,不必加入晶界強(qiáng)化元素,使合金的初熔溫度相對升高,從而提高了合金的高溫強(qiáng)度,并進(jìn)一步改善了合金的綜合性能。單晶葉片整個鑄件由一個晶粒組成的鑄造高溫合金。這是繼定向凝固鑄造高溫合金之后,進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度和使用溫度的一條途徑。單晶葉片鑄件的理想組織是葉根、葉身和葉冠,都由毫無缺陷的多相單晶體組成。晶體取向應(yīng)是〈001〉方向,并與葉片主應(yīng)力軸方向之間的偏離不應(yīng)大于10度。單晶鑄件可以用與定向凝固相同的設(shè)備和工藝制備,與定向凝固鑄件的區(qū)別只在于在水冷底盤的上部加入選晶器或仔晶,以便控制單一晶體進(jìn)入鑄件。簡史初期的單晶鑄造高溫合金采用普通鑄造高溫合金成分,在此情況下,單晶鑄造高溫合金與定向凝固鑄造高溫合金相比,除了改善橫向強(qiáng)度和塑性外,其他性能并無明顯改善。20世紀(jì)70年代末,出現(xiàn)了去掉晶界強(qiáng)化(見高溫合金晶界強(qiáng)化)元素的單晶鑄造高溫合金,如美國的PwAl480、NASAIRl00。碳、硼、鋯、鉿等晶界強(qiáng)化元素去除后,提高了合金的初熔溫度,從而允許提高固溶處理溫度,獲得更細(xì)小、彌散的Y’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相),使合金的潛力得到更充分發(fā)揮。經(jīng)過20多年的發(fā)展,出現(xiàn)了20多種單晶鑄造高溫合金。這些合金可以分為三代:第一代以PwAl480為代表,其承溫能力比最好的定向凝固鑄造高溫合金PwAl422有25℃的優(yōu)勢;第二代以PwAl484為代表,比第一代又提高了25℃;正在研制的是第三代單晶合金。
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