Scan011520103813

224

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Uzwojenie pieca

Nie występuje naprężenie ścinania w granicach ziarn (nie ma poślizgu). Brak naprężenia rozciągającego w kierunkach prostopadłych do granic (brak szczelin)

• . - •^ę*

rj,

w -V.-m * rj

Powolne wyprowadzanie formy z pieca

v< •

f \ \ V • #*>*2

^x \

Rys. 20.5. Krystalizacja kierunkowa materiału łopatki turbiny. W procesie tym uzyskuje się materiał o wydłużonych ziarnach lub nawet monokry sta liczny - pozbawiony granic ziarn

1000

Cn|

TO '

u ^

4* _ZL0__,

C 2

~ JC <L» O

Q- lo o

ro o

E C-sj

D CU

OL)

900

800

03 C

a> -m CL oy

E o

O) _Q

h- O

t/)

700

1950

Stopy niklu (metoda traconego wosku)

; : V *X’ - ¹

• V-«& K'

^ ' 'V. -VL^,v’ ^;

*K>*’ i»--\ ■ h \ ■v'. V

' u.

: i/*

• VłJ>'

'V;*^:

■ ' *> r»5*;vt Ł.P-.

1960

1970

1980

Rok

y v‘ -v

• .‘1 rv* k v

• :• 'Sy.Jv5. ' t- * .

o\o

I950

I960 , I970

Rok

rt.*w?5 . ..ł»V \

f1 ./'Y.

- \f* 7* '

•v . >V(

. S7 t • -

Zawartość dodatkowych pierwiastków w stopach na osnowie niklu

I980

Rys. 20.6. Rozwój nadstopów

*- •

• r

• • v : . v

■H?*’* Ł\ U\y * V • • ■ ?•

, ^ y • ^* w ^ . V.***^-

• ■ • ■ ■

*,• _>vv ^w - >*

- ***:.....

•V:"

v,:^r'^- -

• .?• ^-C . :

'^s.

■ i''*.-

■

ŁOPATKA 'PURB INY - PROJEKTOWANIE Z UWZGLĘDNIENIEM PEŁZANIA

225

■

Jak wynaleziono ten rodzaj stopu? Znajomość teoretycznych podstaw projektowania materiałów odpornych na pełzanie, o których już mówiliśmy, pozwala łatwo wybrać najbardziej obiecujące składy stopów i wyeliminować stosunkowo łatwo nieprzydatne. Dalsze postępowanie ma już charakter doświadczalny. Wiele stopów wykonuje się i bada w laboratoriach dla ustalenia ich odporności na pełzanie, utlenianie, wiązkość, zmęczenie cieplne i stabilność struktury w podwyższonych temperaturach. W wyniku eliminacji mniej korzystnych materiałów wybór zawęża się ostatecznie do kilku stopów, które podlegają coraz bardziej restrykcyjnym badaniom, mającym sprzężenie zwrotne ze zmianami w składzie stopu. Wszystko to wykonuje się półintuicyjnie, wykorzystując zebrane doświadczenie, znajomość podstawowych zasad projektowania materiałów - przy pewnej dozie wyczucia i szczęścia. Ciągle dokonywane są drobne modyfikacje składu chemicznego i ulepszenia technologii łopatek, co pozwala na wyciągnięcie analogii do teorii Darwina - lepsze (w sensie danych z tabl. 20.1) przetrwają.

Na rysunku 20.6 pokazano jak ten ewolucyjny proces zaowocował ciągłym pojawianiem się stopów niklu odporniejszych na pełzanie w ciągu ostatnich 30 lat i jak manipulowano dodatkami stopowymi, aby osiągnąć poprawę właściwości, mając na uwadze również inne, niezbędne parametry. Na rysunku tym pokazano również jak doskonalenie technologii (w tym wypadku zastosowanie krystalizacji kierunkowej - DS) umożliwiło podwyższenie temperatury pracy stopów. Jednakże z rysunku wynika również, że obecnie wprowadzanie ulepszeń w stopach niklu daje coraz mniejszą poprawę właściwości.

Ulepszenie konstrukcji — chłodzenie łopatek

Na rysunku 20.7 pokazano, że w konstrukcjach silników do 1960 r. stosowano takie same temperatury na wlocie turbiny i materiału łopatek. Po 1960 r. zaznaczyło się wyraźne zróżnicowanie: temperatura wlotu była już znacznie wyższa niż samej łopatki. Możliwość eksploatacji silnika w temperaturze znacznie wyższej niż ta, jaka wynikałaby z właściwości stopu, polega na zastosowaniu chłodzenia łopatek powietrzem. We wcześniejszych rozwiązaniach chłodzące powietrze, ze sprężarki silnika, było wprowadzone przez szczeliny przechodzące wzdłuż całej długości łopatki i wyrzucane do strumienia gazu na jej końcu (rys. 20.8). To wewnętrzne chłodzenie łopatki umożliwiło podwyższenie temperatury na wlocie turbiny o 100°C, bez konieczności poprawy właściwości stopu. Dalszą poprawę stanowiło wprowadzenie chłodzenia warstwą powietrza nadmuchiwaną na powierzchnię łopatki, rozgraniczającą łopatkę od gorących gazów. Realizacja programu stałej poprawy wydajności odprowadzania ciepła przez doskonalenie tego typu rozwiązania, umożliwiła pracę współczesnych silników turbinowych w temperaturach, które nie są już ograniczane właściwościami materiału.