Łopaty turbin niskociśnieniowych wykonane z stopów tytanu i aluminium
Jednym z największych wyzwań były problemy związane z nieudaną obróbką plastyczną form wlewek. Takie problemy nie są niczym zaskakującym zważywszy na ograniczony zakres temperatur w procesie odkształcania oraz ograniczoną plastyczność przy przeróbce na gorąco wykazywaną przez stopy gamma-TiAl. Dlatego dotychczas preferowano procesy formowania izotermicznego. Odniesiono znaczące sukcesy w zwiększeniu okna odkształcenia poprzez dodanie tytanu w fazie beta do mikrostruktury stopów gamma-TiAl. W ramach finansowanego przez UE projektu DATACAST (Development of a low cost advanced gamma titanium aluminide casting technology) naukowcy opracowali stop gamma-TiAl zawierający niob i molibden. Chroniony znakiem towarowym TNM stop krzepnie w fazie beta i wykazuje w fazie beta/B2 (uporządkowana faza beta w niskich temperaturach) ułamek regulowanej objętości. Dzięki frakcji o dużej objętości w fazie beta przy podwyższonych temperaturach, nowy stop może być kuty z zastosowaniem konwencjonalnego sprzętu, z niewielkimi i niedrogimi modyfikacjami. Członkowie projektu DATACAST skoncentrowali się na technologiach topienia w łukowym piecu próżniowym (VAR) oraz topienia łukiem plazmowym (PAM). Dowiedziono możliwości przetworzenia otrzymanych w ten sposób wlewek na małe materiały wyjściowe do odkuwek poprzez topienie skrzepu przy pomocy techniki VAR lub indukcyjnego topienia próżniowego. Mogą być one następnie stosowane do produkcji trwałych form za pomocą odlewania odśrodkowego, a następnie prasowane izostatycznie na gorąco i poddawane obróbce. Szeroko zakrojone badania jednorodności pojedynczych wlewków topionych metodą VAR i PAM wykazały ich przydatność do wykorzystania jako elektrody topliwe VAR. Wlewki mogą być poddawane dalszej homogenizacji w wytapiaczu skrzepów dla uzyskania określonego składu chemicznego. Prace nad prędkością obrotową koła maszyny rozlewniczej, czasu odlewania oraz przechylania tygla udoskonaliły odlewanie przedkuwek przy pomocy odlewania odśrodkowego. Dzięki projektowi DATACAST powstała technologia przekształcania wlewek z TiAl na materiał wsadowy, który spełnia surowe wymagania dla wysokiej jakości materiałów wymaganych dla produkcji łopat turbin niskociśnieniowych. TiAl jest lekki i odporny na wysokie temperatury, dzięki czemu jest materiałem doskonale nadającym się do podzespołów silników lotniczych. Łopaty wykonane ze stopu TiAl pozwalają zmniejszyć masę i zużycie paliwa, co przekłada się na redukcję emisji dwutlenku węgla.
Słowa kluczowe
Łopaty turbin, stopy tytanu z aluminium, silnik lotniczy, obróbka plastyczna, wlewka, DATACAST
