1 Desenvolvimento de motores de turbinas a gás de aviação
À medida que os requisitos de desempenho para aeronaves para transporte, militar, produção e outros propósitos aumentavam, os primeiros motores do pistão não podiam mais atender às necessidades de voo de alta velocidade. Portanto, desde a década de 1950, os motores de turbina a gás se tornaram gradualmente o mainstream.
Em 1928, Sir Frank Whittle, do Reino Unido, apontou em sua tese de graduação "Desenvolvimento futuro no design de aeronaves" enquanto estudava na Academia Militar que, sob o conhecimento técnico na época, o desenvolvimento futuro dos motores de hélice não poderia se adaptar às necessidades de alta altitude ou velocidade de voo que excede 800 km/h. Ele primeiro propôs o conceito do que agora é chamado de motor a jato (motor de motor): o ar comprimido é fornecido à câmara de combustão (combustão) através de um pistão tradicional, e o gás de alta temperatura gerado é diretamente usado para impulsionar o vôo, que pode ser considerado como um mecanismo de hélice, além de um projeto de câmara de combustão. Na pesquisa subsequente, ele abandonou a idéia de usar um pistão pesado e ineficiente e proposto o uso de uma turbina (turbina) para fornecer ar comprimido à câmara de combustão, e o poder da turbina foi obtido a partir do gases de exaustão de alta temperatura. Em 1930, Whittle solicitou uma patente e, em 1937, ele desenvolveu o primeiro motor de turbojato centrífugo do mundo, que foi oficialmente usado nas aeronaves Gloster E.28/39 em 1941. Desde então, os motores de turbina a gás dominaram a força de aviação e são um importante símbolo do nível científico e tecnológico de um país e a tecnologia industrial e a integridade tecnológica.
Os motores de aeronaves podem ser divididos em quatro tipos básicos, de acordo com seus usos e características estruturais: motores turbojet, motores turbofan, motores de turbos de turbos e motores turboprop.
Os motores da turbina a gás de aviação são chamados de motores turbojet, que são os primeiros motores a gás a gás utilizados. Do ponto de vista da maneira como o impulso é gerado, os motores turbojet são os motores mais simples e diretos. O raciocínio depende da força de reação gerada pela injeção de alta velocidade do vórtice. No entanto, o fluxo de ar de alta velocidade tira muita energia e energia cinética ao mesmo tempo, causando grande perda de energia.
O motor turbofan divide o ar que flui para o motor em dois caminhos: o duto interno e o duto externo, o que aumenta o fluxo total de ar e reduz a temperatura de escape e a velocidade do fluxo de ar do duto interno.
Os motores de turbost-eixo e turboélice não geram impulso pela injeção de fluxo de ar; portanto, a temperatura e a velocidade do escape são bastante reduzidas, a eficiência térmica é relativamente alta e a taxa de consumo de combustível do motor é baixa, o que é adequado para aeronaves de longo alcance. A velocidade da hélice geralmente não muda, e diferentes impulsos são obtidos ajustando o ângulo da lâmina.
O motor Propfan é um motor entre os motores turboprop e turbofan. Ele pode ser dividido em motores propfan com casos de hélice duto e motores de propfan sem casos de hélice duto. O mecanismo Propfan é o novo mecanismo de economia de energia mais competitivo adequado para voo subsônico.
Os motores aeroespaciais civis passaram por mais de meio século de desenvolvimento. A estrutura do motor evoluiu do motor da turbina centrífuga inicial para o motor de fluxo axial de rotor único, do motor turbojato de rotor duplo até o motor turbofan da razão de desvio baixo e depois para o motor turbofan da alta taxa de desvio. A estrutura foi otimizada continuamente com a busca de eficiência e confiabilidade. A temperatura da entrada da turbina era apenas 1200-1300 k na primeira geração de motores turbojet nas décadas de 1940 e 1950. Aumentou cerca de 200 mil com cada atualização da aeronave. Na década de 1980, a temperatura da entrada da turbina da quarta geração avançada de caças atingiu 1800-2000 k [1].
O princípio do compressor de ar centrífugo é que o impulsor aciona o gás para girar em alta velocidade, de modo que o gás gera força centrífuga. Devido ao fluxo de pressão de expansão do gás no impulsor, a taxa de fluxo e a pressão do gás após a passagem pelo impulsor aumentam e o ar comprimido é produzido continuamente. Possui uma dimensão axial curta e uma alta taxa de pressão de estágio único. O compressor de ar do fluxo axial é um compressor no qual o fluxo de ar flui basicamente paralelo ao eixo do impulsor rotativo. O compressor de fluxo axial consiste em vários estágios, cada estágio contém uma linha de pás do rotor e uma linha subsequente de lâminas do estator. O rotor é as lâminas de trabalho e a roda, e o estator é o guia. O ar é acelerado pela primeira vez pelas pás do rotor, desacelerado e comprimido no canal da lâmina do estator e repetido nas lâminas de vários estágios até que a taxa de pressão total atinja o nível necessário. O compressor de fluxo axial possui um pequeno diâmetro, conveniente para o uso em conjunto de vários estágios para obter uma taxa de pressão mais alta.
Os motores turbofan geralmente usam a taxa de desvio, a taxa de pressão do motor, a temperatura da entrada da turbina e a taxa de pressão do ventilador como parâmetros de projeto:
Razão de desvio (BPR): a razão da massa de gás que flui através dos dutos de saída para a massa de gás que flui através dos ductos internos no motor. O rotor na frente de um motor turbojato é geralmente chamado de compressor de baixa pressão, e o rotor na frente de um motor turbofan geralmente é chamado de ventilador. O gás pressurizado que passa pelo compressor de baixa pressão passa por todas as partes do motor turbojato; O gás que passa pelo ventilador é dividido nos ductos interno e externo. Desde o surgimento dos motores turbofan, o BPR tem aumentado, e essa tendência é particularmente evidente nos motores de turbofan civis.
Taxa de pressão do motor (EPR): a razão da pressão total na saída do bico e a pressão total na entrada do compressor.
Emperatura de entrada da turbina: a temperatura do escape da câmara de combustão quando entra na turbina.
Taxa de compressão do ventilador: também conhecida como taxa de compressão, a proporção da pressão do gás na saída do compressor para a pressão do gás na entrada.
Duas eficiências:
Eficiência térmica: uma medida de quão eficiente um motor converte a energia térmica gerada pela combustão em energia mecânica.
Eficiência de propulsão: uma medida da proporção da energia mecânica gerada pelo motor que é usada para impulsionar a aeronave.
第一篇结束
2 Desenvolvimento de lâmina de turbina
Desenvolvimento iterativo
Tomando um motor turbofan como exemplo, o valor das lâminas é responsável por 35%e é um componente crítico na fabricação de motores de aeronaves. Em um motor, existem 3, 000 a 4, 000 lâminas de aviação, que podem ser divididas em três categorias: lâminas de ventilador, lâminas de compressores e lâminas de turbinas. O valor das pás da turbina é o mais alto, atingindo 63%. Ao mesmo tempo, eles também são as lâminas com a maior dificuldade de fabricação e custo de fabricação nos motores turbofan [2].
Na década de 1970, os Estados Unidos foram os primeiros a usar lâminas de solidificação direcional PWA1422 em motores de aeronaves militares e civis.
Após a década de 1980, a relação de empuxo-peso do motor de terceira geração aumentou para mais de 8, e as lâminas de turbinas começaram a usar o SX, PWA1480 de primeira geração, Renén4, CMSX -2 e DD3 da China. Sua capacidade de temperatura é 80k mais alta que a da melhor liga de solidificação direcional que fundiu a liga de alta temperatura PWA1422. Vantagens. Juntamente com a tecnologia Hollow de um canal único de resfriamento de filme, a temperatura operacional das pás da turbina atinge 1600-1750 k. .
O motor turbofan de quarta geração usa o SXPWA1484 de segunda geração, Renén5, CMSX -4 e dd6. Ao adicionar elementos RE e tecnologia de resfriamento de ar de alta pressão multicanal, a temperatura operacional das pás da turbina atinge 1800k -2000 k. Em 2000k e 100h, a força duradoura atinge 140MPa.
O SX de terceira geração desenvolvido após os anos 90 inclui Renén6, CMRX -10 e DD9, que têm vantagens de força de fluência muito óbvias sobre o SX de segunda geração. Sob a proteção de canais de resfriamento complexos e revestimentos de barreira térmica, a temperatura da entrada da turbina pode suportar atingir 3000k. A liga composta intermetálica usada nas lâminas atinge 2200k, e a força de 100 horas atinge 100mpa.
Atualmente em desenvolvimento estão o SX da quarta geração representado pelo MC-NG [4], TMS -138, etc., e a quinta geração SX representada por TMS -162, etc. Sua composição é caracterizada pela adição de novos elementos de terra raros, como Ru e Pt, que impulsiona significativamente a alta timpatura A temperatura de trabalho da liga de alta temperatura da quinta geração atingiu 1150 graus, que fica perto da temperatura operacional do limite teórico de 1226 graus.
3 Desenvolvimento de Superalotas de Cristalas Baseadas em Níquel
3.1 Características de composição e composição de fase de superalotas de cristal único à base de níquel
De acordo com o tipo de elementos da matriz, as ligas de alta temperatura podem ser divididas em baseadas em ferro, à base de níquel e à base de cobalto e subdivididas em macroestruturas de fundição, forjamento e metalurgia em pó. As ligas à base de níquel têm melhor desempenho de alta temperatura do que os outros dois tipos de ligas de alta temperatura e podem funcionar por um longo tempo em ambientes severos de alta temperatura.
As ligas de alta temperatura à base de níquel contêm pelo menos 50% de Ni. Sua estrutura FCC os torna altamente compatíveis com alguns elementos de liga. O número de elementos de liga adicionados durante o processo de design geralmente excede 10. A semelhança dos elementos de liga adicionados é classificada da seguinte forma: (1) Ni, Co, Fe, Cr, Ru, Re, Mo e W são elementos de primeira classe, que servem como elementos estabilizadores de austenita; (2) Al, Ti, TA e NB têm raios atômicos maiores, que promovem a formação de fases de fortalecimento, como Ni3 composto (Al, Ti, Ta, NB) e são elementos de segunda classe; (3) B, C e ZR são elementos de terceira classe. Seu tamanho atômico é muito menor que o dos átomos de Ni, e eles são facilmente segregados aos limites dos grãos da fase, desempenhando um papel no fortalecimento dos limites dos grãos [14].
As fases das ligas de alta temperatura de alta temperatura baseadas em níquel são principalmente: fase, fase, fase de carboneto e fase topológica e embalada (fase TCP).
Fase: A fase é uma fase de austenita com uma estrutura cristalina da FCC, que é uma solução sólida formada por elementos como Cr, Mo, Co, W e Re dissolvida em níquel.
'Fase:' A fase é um composto intermetálico de Ni3 (Al, Ti) da FCC, que é formado como uma fase de precipitação e mantém uma certa coerência e incompatibilidade com a fase da matriz e é rica em Al, Ti, TA e outros elementos.
Fase de carboneto: A partir da segunda geração de SX baseado em níquel, é adicionada uma pequena quantidade de C, resultando no aparecimento de carbonetos. Uma pequena quantidade de carbonetos é dispersa na matriz, o que melhora o desempenho de alta temperatura da liga até certo ponto. Geralmente é dividido em três tipos: MC, M23C6 e M6C.
Fase TCP: No caso do envelhecimento do serviço, elementos refratários excessivos, como Cr, Mo, W e Re promovem a precipitação da fase TCP. O TCP é geralmente formado na forma de uma placa. A estrutura da placa tem um impacto negativo nas propriedades da ductilidade, fluência e fadiga. A fase TCP é uma das fontes de rachadura de ruptura de fluência.
Mecanismo de fortalecimento
A força das super-alojas à base de níquel vem do acoplamento de múltiplos mecanismos de endurecimento, incluindo fortalecimento sólido da solução, fortalecimento da precipitação e tratamento térmico para aumentar a densidade de deslocamento e desenvolver subestrutura de deslocamento para fornecer fortalecimento.
O endurecimento da solução sólida é melhorar a força básica, adicionando diferentes elementos solúveis, incluindo Cr, W, Co, Mo, Re e Ru.
Os diferentes raios atômicos levam a um certo grau de distorção atômica da rede, que inibe o movimento de deslocamento. O fortalecimento da solução sólida aumenta com o aumento da diferença de tamanho atômico.
O fortalecimento da solução sólida também tem o efeito de reduzir a energia de falha de empilhamento (SFE), inibindo principalmente o deslizamento cruzado de deslocamento, que é o principal modo de deformação de cristais não ideais em altas temperaturas.
Clusters atômicos ou microestruturas de pedidos de curto alcance são outro mecanismo que ajuda a obter fortalecimento por meio de solução sólida. Os átomos de SX segregarem na região de tensão de tração do núcleo de deslocamento na interface / 'formando uma "atmosfera de Cottrell", que efetivamente impede o movimento de deslocamento e a propagação da trinca. (Os átomos de soluto estão concentrados na área de tensão de tração das luxações de borda, reduzindo a distorção da treliça, formando uma estrutura de gás coriolis e produzindo um forte efeito de fortalecimento da solução sólida. O efeito aumenta com o aumento da concentração de átomos de soluto e o aumento da diferença de tamanho)
Re, W, Mo, Ru, Cr e Co fortalecem efetivamente a fase. O sólido fortalecimento da solução da matriz desempenha um papel extremamente importante na força de fluência das ligas de alta temperatura à base de níquel.
O efeito de endurecimento da precipitação é afetado pela fração de volume e tamanho da fase '. O objetivo de otimizar a composição de ligas de alta temperatura é aumentar principalmente a fração de volume da fase 'e melhorar as propriedades mecânicas. As ligas de alta temperatura SX podem conter 65% -75% da fase ', resultando em boa força de fluência. Isso representa o valor máximo útil do efeito fortalecedor da interface / ', e um aumento adicional levará a uma diminuição significativa na força. A força de fluência de ligas de alta temperatura com uma fração de volume de fase alta 'é afetada pelo tamanho das partículas de fase. Quando o tamanho da fase é pequeno, as luxações tendem a subir ao seu redor, resultando em uma diminuição da força de fluência. Quando as luxações são forçadas a cortar a fase ', a força da fluência atinge seu máximo. À medida que as partículas de fase 'aumentam de tamanho, as luxações tendem a se dobrar entre elas, resultando em uma diminuição da força de fluência [14].
Existem três mecanismos principais de fortalecimento da precipitação:
Fortalecimento da incompatibilidade da treliça: 'A fase é dispersa e precipitada na matriz de fase de maneira coerente. Ambos são estruturas da FCC. A incompatibilidade da treliça reflete o estado de estabilidade e estresse da interface coerente entre as duas fases. O melhor caso é que a matriz e a fase precipitada têm os mesmos parâmetros de estrutura cristalina e treliça da mesma geometria, para que mais fases precipitadas possam ser preenchidas na fase. A faixa de incompatibilidade de ligas de alta temperatura à base de níquel é de 01%. Re e Ru são obviamente segregados com a fase. O aumento de ER e RU aumenta a incompatibilidade da treliça.
Fortalecimento da ordem: o corte de deslocamento causará desordem entre a matriz e a fase precipitada, exigindo mais energia
Mecanismo de desvio de deslocamento: chamado mecanismo de Orowan (arco de Orowan), é um mecanismo de fortalecimento no qual a fase precipitada na matriz metálica dificulta a luxação em movimento de continuar a se mover. Princípio básico: quando a luxação em movimento encontra uma partícula, ela não pode passar, resultando em contornando o comportamento, o crescimento da linha de deslocamento e a força motriz necessária aumenta, resultando em efeito de fortalecimento.
3.3 Desenvolvimento de métodos de fundição de liga de alta temperatura
A liga mais antiga usada em ambientes de alta temperatura pode ser rastreada até a invenção do nicromo em 1906. O surgimento de compressores turbo e motores de turbinas a gás estimulou o desenvolvimento substancial de ligas de alta temperatura. As lâminas da primeira geração de motores de turbina a gás foram produzidas por extrusão e forjamento, o que obviamente tinha as limitações dos tempos. Atualmente, as lâminas de turbinas de alta temperatura são feitas principalmente por fundição de investimentos, especificamente solidificação direcional (DS). O método DS foi inventado pela equipe de Pratt & Whitney nos Estados Unidos na década de 1970 [3]. Nas décadas de desenvolvimento, o material preferido para lâminas de turbinas mudou de cristais equiaxados para cristais colunares e, em seguida, otimizado para materiais de liga de alta temperatura de alta temperatura.
A tecnologia DS é usada para produzir componentes SX da liga do núcleo colunar, o que melhora significativamente a ductilidade e a resistência ao choque térmico de ligas de alta temperatura. A tecnologia DS garante que os cristais colunares produzidos tenham uma orientação [001], que é paralela ao eixo de tensão principal da peça, em vez de uma orientação aleatória de cristal. Em princípio, o DS precisa garantir que a solidificação do metal fundido na fundição seja realizada com o metal de alimentação líquida sempre em um estado justificado.
A fundição dos cristais colunares precisa atender a duas condições: (1) o fluxo de calor unidirecional garante que a interface sólida-líquido no ponto de crescimento do grão se mova em uma direção; (2) Não deve haver nucleação na frente da direção em movimento da interface sólida-líquido.
Como a fratura da lâmina geralmente ocorre na estrutura fraca de alta temperatura do limite de grãos, a fim de eliminar o limite de grão, um molde de solidificação com uma estrutura de "seletor de grão" é usado durante o processo de solidificação direcional. O tamanho da seção transversal dessa estrutura está próximo do tamanho do grão, de modo que apenas um único grão cultivado de maneira ideal entra na cavidade do molde da fundição e continua a crescer na forma de um único cristal até que toda a lâmina seja composta por apenas um grão.
O seletor de cristal pode ser dividido em duas partes: o bloco de partida e a espiral:
No início do processo DS, os grãos começam a nuclear na parte inferior do bloco de partida. No estágio inicial do crescimento de grãos, o número é grande, o tamanho é pequeno e a diferença de orientação é grande. O comportamento competitivo do crescimento entre os grãos domina e o efeito de bloqueio geométrico da parede lateral é fraco. Neste momento, o efeito de otimização de orientação é óbvio; Quando a altura dos grãos no bloco de partida aumenta, o número de grãos diminui, o tamanho aumenta e a orientação está próxima. O comportamento competitivo do crescimento entre os grãos diminui e o efeito de bloqueio geométrico da parede lateral domina, garantindo que a direção do cristal possa ser otimizada continuamente, mas o efeito de otimização da orientação é enfraquecido. Ao reduzir o raio do bloco de partida e aumentar a altura do bloco de partida, a orientação dos grãos que entra na seção espiral pode ser efetivamente otimizada. No entanto, aumentar a duração do bloco de partida reduzirá o espaço de crescimento efetivo do elenco e fornecerá um ciclo de produção e um custo de preparação. Portanto, é necessário projetar razoavelmente a estrutura geométrica do substrato.
A principal função da espiral é selecionar com eficiência cristais únicos, e a capacidade de otimizar a orientação dos grãos é fraca. Quando o processo DS é realizado em uma espiral, o canal curvo fornece espaço para o crescimento do ramo dendrito e os dendritos secundários dos grãos avançam na direção da linha Liquidus. Os grãos têm uma forte tendência de desenvolvimento lateral, e a orientação dos grãos está em um estado flutuante, com um fraco efeito de otimização. Portanto, a seleção de grãos na espiral depende principalmente da vantagem de restrição geométrica, vantagem competitiva do crescimento e vantagem de expansão espacial dos grãos no segmento espiral [7], em vez da vantagem de crescimento da orientação preferida dos grãos, que tem uma forte aleatoriedade [6]. Portanto, a principal razão para a falha da seleção de cristais é que a espiral não desempenha o papel da seleção de cristal único. Ao aumentar o diâmetro externo da espiral, reduzindo o passo, o diâmetro da superfície espiral e reduzindo o ângulo inicial, o efeito de seleção de cristais pode ser significativamente melhorado.
A preparação de lâminas ocas de turbina de cristal único requer mais de uma dúzia de degraus (fundição de liga mestre, preparação de casca de membrana de cristal único, preparação complexa do núcleo de configuração de configuração, fundição por fusão, solidificação direcional, tratamento térmico, tratamento de superfície, preparação de revestimento de barreira térmica, etc.). O processo complexo é propenso a vários defeitos, como grãos perdidos, sardas, limites de grãos de ângulo pequeno, cristais de faixa, desvio de orientação, recristalização, limites de grãos grandes e falha de seleção de cristais.
第2篇结束
4 Formação de defeitos no processo DS
À medida que a estrutura das lâminas de turbinas avançadas se torna mais complexa e maior em tamanho, uma variedade de defeitos de solidificação, como grãos perdidos, sardas, limites de grãos de ângulo baixo, cristais listrados, desvio de orientação, recristalização, limites de grãos de alto ângulo e falha de seleção de cristal é mais provável que ocorra durante o processo de crescimento de cristal. Castar lâminas de turbinas na forma de cristais únicos é um desafio considerável para as fundições.
Os problemas existentes em lâminas de turbina de cristal única estão concentradas principalmente no processo de crescimento, que está intimamente relacionado à estrutura e ao processo de crescimento das lâminas de turbina de cristal único. First, the turbine blade body is thin, the tenon is thick and large, the cross-sectional shape is variable, the curvature varies greatly, the internal cooling structure is extremely complex, and there are many microstructures such as air mold holes and spoiler columns, which lead to tortuous and variable dendrite growth paths and drastic changes in growth rate, which can easily cause dendrite torsion and orientation deviation, and induce solidification defeitos. Mais seriamente, o aumento do tamanho da lâmina da turbina estenderá o caminho de crescimento do cristal único, especialmente na extremidade da placa de resfriamento de água. No estágio posterior do crescimento de cristal único, o gradiente de temperatura diminui acentuadamente com o aumento da distância, fazendo com que os dendritos cresçam divergente e aumentem a tendência dos defeitos de solidificação de se formar [6].
Grãos perdidos
Os cristais presos se referem a regiões amorfas entre os limites de grãos ou os cristais formados por dois ou mais cristais entrelaçando, colidindo ou crescendo juntos em um material. Na placa da borda da lâmina de turbina SX, a seção transversal da fundição experimentará uma mudança repentina no tamanho geométrico, e a distribuição de campo de temperatura nessa área é muito complexa; Durante o processo de solidificação da lâmina, a liga sub -resfriamento na borda da fundição excede a nucleação crítica sub -resfriamento da liga, resultando em nucleação heterogênea de impurezas na borda do elenco, formando cristais de trama [9].
Estudos anteriores mostraram que, quando o tamanho da placa da borda é pequeno, os dendritos de ordem superior dos grãos originais crescem na placa da borda e nenhum cristal de trama é formado. À medida que o tamanho da placa da borda aumenta, um grande número de cristais de trama fino é formado pela primeira vez nos cantos internos da placa da borda, e alguns cristais de tramp crescem na placa da borda na forma de dendritos, suprimindo os grãos originais no centro da placa da borda [6]. À medida que o tamanho da placa da borda continua aumentando, há um grande sub -resfriamento na borda da placa da borda, o líquido da liga solidifica rapidamente e uma grande tensão de solidificação é gerada; O desempenho de dissipação de calor da área de transição da placa da borda da lâmina é ruim, o sub-resfriamento é pequeno e os dendritos gerados são quebrados pela tensão de retração, formando cristais de tramp que crescem em direção ao centro da placa de borda [9]. De acordo com a pesquisa experimental, a redução da altura da plataforma, o aumento do comprimento da plataforma, o lado externo da plataforma e a composição da liga com alto conteúdo de elementos refratários (re, w, ta, hf) aumentam a tendência da formação de cristais de impureza [10].
A formação de cristais de impureza na placa da borda pode ser controlada otimizando o processo de solidificação direcional (reduzindo a taxa de solidificação), tratamento de revestimento local (revestimento com materiais de resistência térmica) e adicionando um sistema de semeadura.
FRecnde
No estágio posterior do crescimento de lâminas de cristal único, especialmente a uma distância da placa de resfriamento de água, é fácil formar alguns grãos equiaxados finos e em cadeia paralelos à direção do crescimento do cristal. Como a superfície do defeito após a corrosão macroscópica mostra pontos óbvios, é chamada de sardas ou correntes de sardas. Atualmente, a estrutura das pás da turbina tende a ser complicada, e o conteúdo de elementos de liga de alto ponto de fusão na liga continua a aumentar, o que leva a um aumento na tendência da formação de sardas.
O mecanismo de formação de sardas é causado principalmente pela convecção do líquido de liga causado pela segregação de soluto durante a solidificação e também está relacionado à restrição de dendritos secundários e à deflexão dos dendritos primários. No processo DS, W e RE são enriquecidos na área do caule dendrito, e Al e TA são enriquecidos no líquido de liga entre os dendritos. Há uma diferença de densidade entre o primeiro e o último. À medida que a zona piegas solidifica, a diferença entre a densidade do líquido da liga na zona mole e a densidade do líquido na frente de solidificação aumenta. A distribuição de densidade do fundo superior e do fundo claro faz com que o líquido da liga na zona piegas esteja sujeito à flutuabilidade ascendente. Quando a resistência viscosa do líquido da liga na zona piegas é excedida, o líquido da liga na zona piegas convectará entre os dendritos e formará um canal de convecção de uma certa largura na zona piegas. O fluxo desse líquido de liga derreterá ou quebrará os dendritos para formar fragmentos de dendritos. Se esses fragmentos de dendrito não tiverem tempo para sair do canal com o líquido da liga e permanecer no canal, eles formarão manchas na superfície de fundição à medida que o canal solidifica [11].
Aumentar o conteúdo dos componentes de liga TA e Al e reduzir o conteúdo de W e RE pode ajudar a reduzir a tendência da formação de sardas. No processo DS, aumentar a taxa de tração e aumentar o gradiente de temperatura pode reduzir a tendência da formação de sardas. A vibração pode enfraquecer significativamente a convecção da fase líquida durante a solidificação direcional, reduzindo assim a tendência da formação de sardas.
Limite de grão de baixo ângulo
A formação de limites de grãos de ângulo baixo está relacionada ao desvio de orientação de dendritos causados pela deformação do dendrito: (1) tensão termomecânica gerada pela precipitação da fase durante o crescimento do estado estacionário; (2) a obstrução e extrusão da concha do molde causam tensão de encolhimento nos dendritos; (3) A convecção de soluto causada pelo campo de temperatura irregular na zona piegas e pela força assimétrica nos dendritos levam à deformação plástica dos dendritos, que desencadeia a mudança cumulativa da orientação do dendrito. O limite de grão de ângulo baixo é formado na junção do dendrito desviado e do dendrito não definido original.
Quando uma lâmina de cristal única de tamanho grande solidifica, é difícil para a interface S/L manter um estado planar (côncavo quando a velocidade de tração é alta e convexa quando a velocidade de tração é baixa). A direção do gradiente de temperatura da interface S/L não seguida não coincide com a direção axial da amostra. Quaisquer flutuações no processo de solidificação podem causar alterações de orientação, formando os limites de grãos de baixo ângulo. Essas flutuações podem fazer com que alguns dendritos cresçam em um estado não estatal durante o processo de crescimento da zona de expansão até o corpo da lâmina, resultando no ângulo do limite de grão de ângulo baixo do corpo da lâmina concentrado principalmente na faixa de 2 graus -6. Isso é determinado pelas propriedades de solidificação da liga e é difícil encontrar uma maneira razoável de evitá -la [12].
O número de limites de grãos de ângulo pequeno na zona de extensão é significativamente menor que o do corpo da lâmina, e o ângulo de desorientação também é muito menor, mas o número de locais com ângulos de desorientação menor que 2 graus na zona de extensão e o corpo da lâmina é comparável, indicando que eles têm habilidades comparáveis para produzir pequenas erros de reportações. Isso ocorre porque a zona de extensão está nos estágios iniciais do crescimento de cristal único, e a maioria dos dendritos mostra crescimento no estado estacionário, enquanto o número de dendritos no crescimento do estado estacionário na zona de extensão e o corpo da lâmina é comparável.
Cristal listrado
Os cristais estriados são um tipo de defeito linear estreito na superfície de uma fundição, ocorrendo principalmente na parte superior da lâmina de uma fundição. Eles geralmente têm cerca de 1 mm de largura e várias a dezenas de mm de comprimento, com uma posição inicial identificável. Eles geralmente desaparecem depois de crescer por alguns centímetros, mas também podem se expandir lateralmente para toda a lâmina, desenvolvendo-se de um defeito linear para um defeito tridimensional em larga escala e se transformando em um defeito cristalino diverso. A direção do cristal de faixa é sempre basicamente consistente com a direção de crescimento do dendrito naquele local.
O aparecimento de cristais de faixa se deve ao fato de que o tronco principal de um único dendrito na superfície da fundição é arrancado na zona piegas, mas é soldada pelo líquido residual, mostrando um ponto de partida óbvio. A principal razão para esse rasgo é que o encolhimento do dendrito causado pela adesão da concha é severamente prejudicado ou a força do dendrito é severamente danificada devido ao corte da inclusão. O dendrito rasgado passará por um certo grau de deflexão geral, formando um grão estreito cercado por um limite de grão de ângulo pequeno na estrutura da matriz [12].
Recristalização
O SX é composto principalmente de fase e 'fase na forma de combinação eutética. Quando a energia local é alta devido à concentração de estresse de deformação na área local da superfície e, quando atinge uma certa temperatura no aquecimento subsequente, a fase 'se dissolve na liga de cristal único. Após a dissolução, é muito fácil formar uma estrutura celular na área de dissolução de fases. A recristalização da superfície do SX inicia pela primeira vez na área da haste do dendrito da superfície. A organização inicial é celular. Em seguida, os grãos começam a crescer gradualmente na fase eutética da fase / 'contendo fase grossa'. O crescimento de grãos recristalizados é acompanhado por uma interface clara entre os grãos de cristal e a matriz [13]. Uma condição importante para a formação de grãos recristalizados: a dissolução da fase do elenco.
