परिशुद्धता नियंत्रण की कला: इज़ोटेर्मल फोर्जिंग और टरबाइन ब्लेड की गुणवत्ता आश्वासन
TiAl मिश्र धातु की सीमित थर्मोप्लास्टिकिटी के कारण, इसे उच्च तापमान और बहुत कम तनाव दर पर बनाने की आवश्यकता होती है। इज़ोटेर्मल फोर्जिंग उपकरण अपेक्षाकृत इज़ोटेर्मल वातावरण और धीमी तनाव दर प्रदान कर सकते हैं। पारंपरिक TiAl ब्लेड फोर्जिंग प्रक्रिया इस प्रकार है: कास्टिंग बिलेट या एक्सट्रूडेड बार को फोर्जिंग बिलेट में आंशिक रूप से फोर्ज किया जाता है, और फिर प्री-फोर्जिंग में तैयार किया जाता है, और ब्लेड को प्री-फोर्जिंग और अंतिम फोर्जिंग के माध्यम से तैयार किया जाता है। इस प्रकार, जर्मन रोल्स-रॉयस BR715 HPC ब्लेड को चरण इज़ोथर्मल फोर्जिंग द्वारा निर्मित किया जाता है, और अंतिम भाग ताप उपचार और मशीनिंग द्वारा तैयार किया जाता है (चित्र 1)।
चित्र.1 ब्लेड फोर्जिंग चरण (ए) और मशीनीकृत ब्लेड (बी)
चित्र में दिखाए गए ब्लेड। 2 Ti45AL8NB0.65 (बी, सी) कंप्रेसर ब्लेड हैं जो चित्र में दिखाए गए मार्ग का उपयोग करके रोल्स रॉयस के लिए थिसेन कंपनी द्वारा निर्मित हैं। 2ए, जिसमें उत्कृष्ट उच्च तापमान शक्ति है। 2016 में, MTU ने घोषणा की कि जाली TNM कम दबाव वाले टरबाइन ब्लेड को A320 एयरलाइनर के PW1100G-JM इंजन पर लगाया गया था, और इसने अपनी पहली उड़ान पूरी कर ली है। जाली TiAl मिश्र धातु ब्लेड महान अनुप्रयोग संभावनाएं दिखाते हैं, और 2015 तक, PW1100G इंजन के लिए 10, 000 जाली TNM मिश्र धातु ब्लेड इकट्ठे किए गए हैं। टीएनएम मिश्र धातु अच्छे गर्म-कार्यशील गुण दिखाती है, और दो बार कास्टिंग बिलेट फोर्जिंग और बाद में गर्मी उपचार के माध्यम से आदर्श माइक्रोस्ट्रक्चर और व्यापक यांत्रिक गुण प्राप्त होते हैं।
रोल्स-रॉयस के लिए थिसेन द्वारा निर्मित Ti45Al8Nb0.5(B,C) के चित्र 2 ब्लेड
उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए, एक्सट्रूज़न-शॉर्ट बार बिलेट को सीधे Ti{1}}Al{2}}Nb-0.2B{5}}.2C(TNB-V4) में फोर्ज किया गया था। रोल्स-रॉयस E3E परीक्षण इंजन के मिश्र धातु HPC ब्लेड। उपज को और बढ़ाने और इसे और अधिक किफायती बनाने के लिए, एक साथ कई ब्लेड भागों (विशेष रूप से छोटे कंप्रेसर ब्लेड) को फोर्ज करने के लिए एक डाई डिजाइन की गई थी। Φ600 मिमी के व्यास के साथ मोलिब्डेनम डिस्क पर 30 समान गुहाओं को मशीनीकृत किया गया था। प्रेस के बाहर, निचली डाई को प्रीफॉर्म भागों से भरा जाता है, और पूरी डाई और ब्लैंक को प्रेस कक्ष में रखा जाता है और आइसोथर्मल फोर्जिंग के लिए फोर्जिंग तापमान तक गर्म किया जाता है। इस विधि से, एक समय में 30 ब्लेड बनाए जा सकते हैं (चित्र 3)।
चित्र 3. कई पूर्व-जाली भागों (ए) और फोर्जिंग के बाद ब्लेड के साथ डाई करें (बी)
यद्यपि इज़ोटेर्मल फोर्जिंग TiAl ब्लेड के कठिन निर्माण की समस्या को प्रभावी ढंग से हल कर सकता है, क्योंकि लंबी अवधि की फोर्जिंग प्रक्रिया में भागों के तापमान के नुकसान को रोकने के लिए मोल्ड और फोर्जिंग को 1150 डिग्री तक गर्म किया जाता है, मोल्ड मोलिब्डेनम मिश्र धातु से बना होता है उच्च ताप प्रतिरोध के साथ। मोल्ड सामग्री को ऑक्सीकरण से बचाने के लिए, फोर्जिंग कक्ष में एक वैक्यूम या अक्रिय गैस की आवश्यकता होती है। PW1134G इंजन का TNM मिश्र धातु निम्न-दबाव टरबाइन ब्लेड भी मोलिब्डेनम मिश्र धातु मोल्ड के साथ वैक्यूम इज़ोटेर्मल डाई फोर्जिंग द्वारा बनाया गया है। जर्मन जीकेएसएस अनुसंधान केंद्र ने प्रत्यक्ष मशीनिंग के लिए एन्केस्ड एक्सट्रूडेड टीएनबी मिश्र धातु का उपयोग किया या उच्च दबाव कंप्रेसर TiAl मिश्र धातु ब्लेड बनाने के लिए इज़ोटेर्मल फोर्जिंग के साथ जोड़ा, जो उच्च दबाव कंप्रेसर TiAl मिश्र धातु ब्लेड के लिए मुख्य तैयारी विधि बन गया।
TETSUI टी एट अल. एक नए TiAl मिश्रधातु का आविष्कार किया, जिसे Ti{0}}Al-5Mn(%, द्रव्यमान अंश) में विभाजित किया गया है। विनिर्माण प्रक्रिया पारंपरिक गर्म प्रसंस्करण का उपयोग करती है, जिसमें गर्मी उपचार के लिए पिंड को 1300 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और फोर्जिंग या रोलिंग के लिए लगभग 1200 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, जैसा चित्र 12 में दिखाया गया है। यह मशीनिंग विधि सामान्य गर्म डाई के समान है फोर्जिंग बनाने की विधि, इसलिए ब्लेड निर्माण प्रक्रिया बार की गर्म बाहर निकालना प्रक्रिया को कम करती है, लागत को काफी कम करती है, और बड़े घटकों का निर्माण कर सकती है। जाली ब्लेड में बहुत महीन सूक्ष्म संरचना होती है, जो मध्यम और निम्न तापमान पर तन्य शक्ति को बहुत अधिक बना देती है। हालाँकि, चरण के प्रभाव के कारण, इस मिश्र धातु की उच्च तापमान शक्ति काफी कम हो जाती है, जिसका उपयोग टर्बोचार्जर जैसे दीर्घकालिक उच्च तापमान भागों के लिए करना मुश्किल है, और यह कम तापमान या अल्पकालिक उच्च तापमान ब्लेड के लिए अधिक उपयुक्त है। भागों.
चित्र.4 मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्रीज द्वारा निर्मित TiAl मिश्र धातु ब्लेड
(ए) और उनकी संपत्तियां (बी)
TiAl मिश्र धातु ब्लेड की इज़ोटेर्मल डाई फोर्जिंग प्रक्रिया का बहु-चरण सिमुलेशन परिमित तत्व सिमुलेशन द्वारा किया जाता है, जो सामग्री रियोलॉजी कानून को प्रभावी ढंग से मास्टर कर सकता है, प्रक्रिया मापदंडों के प्रभाव का विश्लेषण कर सकता है, प्रक्रिया को अनुकूलित कर सकता है और डाई डिज़ाइन को अनुकूलित कर सकता है। साथ ही, परिमित तत्व सिमुलेशन न केवल उत्पादन चक्र को छोटा कर सकता है और लागत को कम कर सकता है, बल्कि TiAl मिश्र धातु ब्लेड के फोर्जिंग फॉर्मिंग कानून के ज्ञान को गहरा करने और ब्लेड की निर्माण प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए भी महत्वपूर्ण मार्गदर्शक महत्व है। शिन जिंगजिंग एट अल। उच्च Nb-TiAl मिश्र धातु ब्लेड की इज़ोटेर्मल फोर्जिंग प्रक्रिया को अनुकरण करने के लिए डीफॉर्म -3डी परिमित तत्व सॉफ़्टवेयर का उपयोग किया गया, और निम्नलिखित निष्कर्ष पर पहुंचे: इज़ोटेर्मल फोर्जिंग में ब्लेड बॉडी और ब्लेड के टेनन का समतुल्य तनाव वितरण एक समान है, और ऊपरी डाई संपीड़न गति और प्रीहीटिंग तापमान में वृद्धि के साथ, विरूपण के दौरान मध्यम प्रभावी बल कम हो जाता है, जो गतिशील पुनर्संरचना की घटना के लिए अनुकूल है। Nb-TiAl मिश्र धातु ब्लेड की फोर्जिंग गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है जब ऊपरी डाई की दबाने की गति 1.{5}} ~ 1.5 मिमी·सेकेंड-1 हो और प्रीहीटिंग तापमान 1250 ~ 13 हो {{21}0 डिग्री। गुआन होंग एट अल. Ti-46Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni ब्लेड इज़ोटेर्मल फोर्जिंग बनाया गया। परिणाम बताते हैं कि प्री-फोर्जिंग और अंतिम फोर्जिंग के साथ संयुक्त TiAl मिश्र धातु की इज़ोटेर्मल फोर्जिंग संभव है। टियाल मिश्र धातु का ताप तापमान 1200 ~ 1250 डिग्री है, और स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान तापमान में बहुत तेजी से गिरावट को रोकने के लिए नमूने को आवरण द्वारा संरक्षित किया जाना चाहिए। विरूपण दर 0.02 ~ 0.07 मिमी · एस -1 है, और विरूपण 20% ~ 40% पर नियंत्रित किया जाता है। हाल ही में, हमारी टीम और एवीआईसी पावर कंपनी लिमिटेड ने संयुक्त रूप से सिमुलेशन और परीक्षण सत्यापन के संयोजन की विधि को अपनाया, डिफॉर्म -3डी परिमित तत्व सिमुलेशन सॉफ्टवेयर के माध्यम से उचित प्रक्रिया पैरामीटर प्राप्त किए, और निकट आइसोथर्मल फोर्जिंग द्वारा टीएनएम मिश्र धातु ब्लेड तैयार किए। Ni3Al मोल्ड (चित्र 5) का उपयोग करने वाली तकनीक, ब्लेड के विभिन्न क्रॉस-सेक्शन प्रोफाइल की तुलना करती है। परिमित तत्व सिमुलेशन द्वारा निकट इज़ोटेर्मल फोर्जिंग प्रक्रिया की भविष्यवाणी सटीकता 90% से अधिक हो सकती है। पारंपरिक (वैक्यूम) इज़ोटेर्मल फोर्जिंग प्रक्रिया की तुलना में, इसमें उच्च दक्षता, कोई वैक्यूम नहीं, आसान सटीक आकार नियंत्रण और कम प्रक्रिया लागत के फायदे हैं।
चित्र.5 नकली (ए) और वास्तविक (बी) निकट-आइसोथर्मल जाली ब्लेड
कम तापमान पर TiAl मिश्र धातु के फोर्जिंग प्रदर्शन का पता लगाने के लिए, WANG -उच्च सतह गुणवत्ता और प्रदर्शन के साथ टाइल मिश्र धातु ब्लेड (चित्र 6)। TiAl मिश्र धातु ब्लेड के निर्माण की प्रक्रिया के दौरान, ब्लेड के फोल्डिंग दोषों को रोका जा सकता है और पूर्वनिर्मित भाग के आकार और आकार को अनुकूलित करके ब्लेड के निर्माण बल को कम किया जा सकता है। जब तापमान 1000 डिग्री से कम होता है, तो फोर्जिंग तापमान और तनाव दर का आइसोथर्मल डाई फोर्जिंग से बने ब्लेड के प्रभावी तनाव के अंतिम वितरण पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। फोर्जिंग तापमान में वृद्धि और तनाव दर में कमी के साथ, फोर्जिंग ब्लेड का अंतिम प्रभावी तनाव कम हो जाता है और इसका वितरण धीरे-धीरे एक समान हो जाता है। उच्च Nb-TiAl मिश्र धातु ब्लेड को 0.01 mm·s-1 से कम तनाव दर और 950 डिग्री से कम तापमान पर सफलतापूर्वक तैयार किया गया था, और ब्लेड पर कोई मैक्रोस्कोपिक दरारें नहीं बनीं। उसी समय, हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने पहला वैक्यूम इज़ोटेर्मल हॉट प्रोसेसिंग उपकरण विकसित किया है जो वैक्यूम इज़ोटेर्मल फोर्जिंग और इज़ोटेर्मल एक्सट्रूज़न के कार्यों का एहसास कर सकता है, और इसका उपयोग TiAl मिश्र धातु इज़ोटेर्मल फोर्जिंग भागों की तैयारी में किया गया है। इस उपकरण का उपयोग न केवल TiAl मिश्र धातु के इज़ोटेर्मल विरूपण के लिए किया जा सकता है, बल्कि पाउडर सुपरअलॉय डिस्क घटकों की तैयारी में भी महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है।
चित्र.6 उच्च Nb-TiAl मिश्र धातु ब्लेड कम तापमान वाले इज़ोटेर्मल डाई फोर्जिंग प्रक्रिया द्वारा तैयार किया गया है
TETSUI टी एट अल. एक नए TiAl मिश्रधातु का आविष्कार किया, जिसे Ti{0}}Al-5Mn(%, द्रव्यमान अंश) में विभाजित किया गया है। विनिर्माण प्रक्रिया पारंपरिक गर्म प्रसंस्करण का उपयोग करती है, जिसमें गर्मी उपचार के लिए पिंड को 1300 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और फोर्जिंग या रोलिंग के लिए लगभग 1200 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, जैसा चित्र 12 में दिखाया गया है। यह मशीनिंग विधि सामान्य गर्म डाई के समान है फोर्जिंग बनाने की विधि, इसलिए ब्लेड निर्माण प्रक्रिया बार की गर्म बाहर निकालना प्रक्रिया को कम करती है, लागत को काफी कम करती है, और बड़े घटकों का निर्माण कर सकती है। जाली ब्लेड में बहुत महीन सूक्ष्म संरचना होती है, जो मध्यम और निम्न तापमान पर तन्य शक्ति को बहुत अधिक बना देती है। हालाँकि, चरण के प्रभाव के कारण, इस मिश्र धातु की उच्च तापमान शक्ति काफी कम हो जाती है, जिसका उपयोग टर्बोचार्जर जैसे दीर्घकालिक उच्च तापमान भागों के लिए करना मुश्किल है, और यह कम तापमान या अल्पकालिक उच्च तापमान ब्लेड के लिए अधिक उपयुक्त है। भागों.
