1 Vývoj motorů s plynovými turbíny
Vzhledem k tomu, že se požadavky na výkonnost letadel pro přepravu, vojenskou, produkci a další účely zvyšovaly, nejstarší pístové motory již nemohly uspokojit potřeby vysokorychlostního letu. Od padesátých let se proto motory plynových turbín postupně staly hlavním proudem.
V roce 1928 si Sir Frank Whittle ve Velké Británii ve své maturitní práci poukázal „budoucí rozvoj v designu letadel“, zatímco na vojenské akademii studoval, že v té době se budoucí vývoj motorů nemohli přizpůsobit potřebám nejvyšší nadmořské výšky nebo rychlostí letu přes 800 km/h. Nejprve navrhl koncept toho, co se nyní nazývá tryskový motor (motorový motor): stlačený vzduch je poskytován pro spalovací komoru (spalování) prostřednictvím tradičního pístu a vysokoteplotní plyn se přímo používá k pohánění letu, který lze považovat za poháněný motor plus konstrukci kombinovaného komory. V následném výzkumu opustil myšlenku použití těžkého a neefektivního pístu a navrhl pomocí turbíny (turbíny) k zajištění stlačeného vzduchu do spalovací komory a síla turbíny byla získána z vysokoteplotního výfukového plynu. V roce 1930, Whittle požádal o patent a v roce 1937 vyvinul první odstředivý turbojetový motor na světě, který byl v roce 1941 oficiálně používán v letounu Gloster E.28/39. Od té doby dominují plynových turbínových motorů a jsou dominantní leteckou energií a jsou dominují leteckou energii země a jsou v oblasti národní úrovně.
Letounové motory lze rozdělit do čtyř základních typů podle jejich použití a strukturálních charakteristik: turbojetské motory, turbofanské motory, turboshaft motory a turboproporové motory:
Motory leteckých plynových turbín se označují jako motory turbojet, což jsou nejčasnější použité motory s plynovými turbíny. Z pohledu způsobu, jakým je tah generován, jsou motory turbojet nejjednodušší a nejpřímější motory. Důvody závisí na reakční síle generované vysokorychlostní injekcí víru. Vysokorychlostní proudění vzduchu však zároveň odstraňuje hodně tepla a kinetické energie, což způsobuje velkou ztrátu energie.
Turbofanový motor dělí vzduch tekoucí do motoru do dvou cest: vnitřní kanál a vnější kanál, který zvyšuje celkový průtok vzduchu a snižuje teplotu a rychlost plynulého proudu vnitřního proudu vzduchu.
Turboshaft a turboproporové motory negenerují tah přistřikováním proudu vzduchu, takže teplota a rychlost výfukových plynů jsou výrazně snížena, tepelná účinnost je relativně vysoká a spotřeba paliva motoru je nízká, což je vhodné pro letadla s dlouhým doletem. Rychlost vrtule se obecně nemění a různé tahy se získávají nastavením úhlu čepele.
Propfan Engine je motor mezi turboprop a turbofanskými motory. Lze jej rozdělit na motory Propfan s případy potrubí vrtule a motory Propfan bez potrubných případů vrtule. Propfan Engine je nejkonkurenceschopnějším novým energetickým motorem vhodným pro podzvukový let.
Civilní letecké motory prošly více než půl století vývoje. Struktura motoru se vyvinula z raného odstředivého motoru turbíny k jednorotorovému axiálnímu průtokovému motoru, od turbonárního motoru s dvojitým rotorem turbofanského motoru s nízkým obtokovým motorem a poté k vysoce bypassovému turbofanskému motoru. Struktura byla nepřetržitě optimalizována s cílem účinnosti a spolehlivosti. Teplota vstupu turbíny byla pouze 1200-1300 k v první generaci turbojetských motorů ve 40. a 50. letech 20. století. Při každém upgradu letadla se zvýšila asi o 200 000. V 80. letech dosáhla vstupní teplota turbíny Advanced Fighter Jets čtvrté generace 1800-2000 k [1].
Princip odstředivého vzduchového kompresoru spočívá v tom, že oběžné kolo řídí plyn a otáčí se vysokou rychlostí, takže plyn vytváří odstředivou sílu. V důsledku expanzního tlakového průtoku plynu v oběžném kole se průtok a tlak plynu po průchodu přes oběžné kolo zvyšuje a neustále se vytváří stlačený vzduch. Má krátký axiální rozměr a vysoký jednostupňový tlakový poměr. Axialflow vzduchový kompresor je kompresor, ve kterém proud vzduchu v podstatě teče rovnoběžně s osou rotujícího osumu. Kompresor axiálního toku se skládá z více fází, každá fáze obsahuje řadu listů rotoru a následující řadu čepelí statoru. Rotor jsou pracovní čepele a kolo a stator je vodítkem. Vzduch je nejprve zrychlen lopatkami rotoru, zpomalující a stlačen v kanálu čepele statoru a opakuje se ve vícestupňových lopatkách, dokud celkový tlakový poměr nedosáhne požadované úrovně. Kompresor axiálního toku má malý průměr, který je výhodný pro vícestupňové tandemové použití k získání vyššího tlakového poměru.
Turbofanové motory obvykle používají poměr obtoku, poměr tlaku motoru, vstupní teplotu turbíny a poměr tlaku ventilátoru jako parametry návrhu:
Poměr bypassu (BPR): Poměr hmotnosti plynu protékajícího výstupními kanály k hmotnosti plynu protékajícího vnitřními kanály v motoru. Rotor v přední části turbojetského motoru se obvykle nazývá nízkotlaký kompresor a rotor v přední části turbofanského motoru se obvykle nazývá ventilátor. Tlakový plyn procházející nízkotlaký kompresor prochází všemi částmi turbojetského motoru; Plyn procházející ventilátorem je rozdělen do vnitřních a vnějších kanálů. Od vzniku turbofanových motorů se BPR zvyšuje a tento trend je obzvláště patrný u motorů občanských turbofanů.
Poměr tlaku motoru (EPR): Poměr celkového tlaku na výstupu trysky k celkovému tlaku na vstupu kompresoru.
Empetura vstupu turbíny: Teplota výfuku spalovací komory, když vstoupí do turbíny.
Kompresní poměr ventilátoru: také označovaný jako kompresní poměr, poměr tlaku plynu na výstupu kompresoru k tlaku plynu na vstupu.
Dvě účinnosti:
Tepelná účinnost: Míra toho, jak efektivně motor přeměňuje tepelnou energii generovanou spalováním na mechanickou energii.
Účinnost pohonu: Míra podílu mechanické energie generované motorem, který se používá k pohonu letadla.
第一篇结束
2 vývoj čepele turbíny
Iterativní vývoj
Jako příklad vezme -li turbofan motor, hodnota Blades představuje až 35%a jsou kritickou součástí výroby letadlových motorů. V motoru jsou 3, 000 až 4, 000 letecké čepele, které lze rozdělit do tří kategorií: čepele ventilátoru, čepele kompresoru a lopatky turbíny. Hodnota lopatek turbíny je nejvyšší a dosahuje 63%. Současně se jedná o čepele s nejvyššími potížemi s výrobou a výrobními náklady u turbofanských motorů [2].
V 70. letech 20. století byly Spojené státy prvními, kteří používali lopatky PWA1422 v vojenských a civilních letadlových motorech.
Po osmdesátých letech se poměr tahu k váze zvýšil na motor třetí generace na více než 8 a turbínové lopatky začaly používat SX, PWA1480, Renén4, CMSX -2 a Čínský DD3. Její kapacita nesoucí teplotu je o 80k vyšší než kapacita nejlepšího směrového tuhnutí odlévání vysokoteplotní slitiny PWA1422. Výhody. Ve spojení s technologií chlazení filmu chlazení jednokanálové duté technologie dosáhne provozní teploty lopatek turbíny 1600-1750 k. .
Turbofan modul čtvrté generace používá druhou generaci SXPWA1484, Renén5, CMSX -4 a DD6. Přidáním RE prvků a vícekanálové vysokotlaké technologie vzduchu chlazení vzduchu dosahuje provozní teploty lopatek turbíny 1800 K -2000 k. Při 2000 K a 100 hodin dosahuje trvalé síly 140 mPa.
Třetí generace SX se vyvinula po 90. letech 20. století zahrnuje Renén6, CMRX -10 a DD9, které mají oproti SX druhé generace velmi zřejmé výhody síly dotvarování. Pod ochranou komplexních chladicích kanálů a tepelných bariérových povlaků, vstupní teplota turbíny, která vydrží 3000k. Intermetalická slitina sloučeniny použitá v lopatkách dosahuje 2200 K a 100h trvalá síla dosahuje 100 mPa.
V současné době jsou ve vývoji čtvrté generace SX reprezentovanou MC-NG [4], TMS -138 atd. A a páté generace SX představované TMS -162 atd. Jeho složení je charakterizováno přidáním nových prvků vzácných zemních prvků, jako jsou RU a PT, což je významně zlepšuje výkonnost SX. Pracovní teplota slitiny s vysokou teplotou páté generace dosáhla 1150 stupňů, což se blíží teoretickému limitu provozní teploty 1226 stupňů.
3 Vývoj jednokrystalických superlamií na bázi niklu
3.1 Složení charakteristik a fázové složení smoniálních krystalů na bázi niklu
Podle typu maticových prvků lze vysokoteplotní slitiny rozdělit na makrostruktury na bázi lití, kování a prášku na bázi kobaltu na bázi železa, a dále rozděleny na odlévání, kování a práškové metalurgické metalurgie. Slitiny na bázi niklu mají lepší vysokoteplotní výkon než ostatní dva typy vysokoteplotních slitin a mohou pracovat po dlouhou dobu v drsných vysokoteplotních prostředích.
Highteremtereture Alloys na bázi niklu obsahují nejméně 50% NI. Jejich struktura FCC je činí vysoce kompatibilními s některými legovanými prvky. Počet legovacích prvků přidaných během procesu návrhu často přesahuje 10. Společnost přidaných legovacích prvků je klasifikována takto: (1) Ni, Co, Fe, Cr, RU, RO a W jsou prvotřídní prvky, které slouží jako prvky stabilizující austenity; (2) AL, TI, TA a NB mají větší atomové poloměry, které podporují tvorbu posilovacích fází, jako je sloučenina NI3 (Al, TI, TA, NB) a jsou prvky druhé třídy; (3) B, C a ZR jsou prvky třetí třídy. Jejich atomová velikost je mnohem menší než velikost atomů Ni a jsou snadno segregovány na hranice zrn fáze a hrají roli při posilování hranice zrna [14].
Fáze slitiny s vysokou teplotou na bázi niklu jsou hlavně: fázová, fáze, karbidová fáze a topologická fáze zblízka (fáze TCP).
Fáze: Fáze je austenitová fáze s krystalovou strukturou FCC, což je pevný roztok tvořený prvky, jako jsou Cr, MO, CO, W a RE rozpuštěné v niklu.
'Fáze:' Fáze je intermetalická sloučenina FCC Ni3 (Al, Ti), která je tvořena jako fáze srážení a udržuje určitou koherenci a nesoulad s maticovou fází a je bohatá na Al, Ti, TA a další prvky.
Karbidová fáze: Počínaje druhou generací SX na bázi niklu se přidá malé množství C, což má za následek vzhled karbidů. Malé množství karbidů je rozptýleno v matrici, což do jisté míry zlepšuje vysokoteplotní výkon slitiny. Obecně je rozdělen do tří typů: MC, M23C6 a M6C.
Fáze TCP: V případě stárnutí služeb nadměrné refrakterní prvky, jako jsou Cr, MO, W a RE, podporují srážení fáze TCP. TCP se obvykle tvoří ve formě desky. Struktura destiček má negativní dopad na tažnost, dotvarování a únavové vlastnosti. Fáze TCP je jedním ze zdrojů trhlin prasknutí.
Posilovací mechanismus
Síla superalicí na bázi niklu pochází z vazby mechanismů více kalení, včetně posilování pevného roztoku, posilování srážení a tepelného zpracování za účelem zvýšení hustoty dislokace a vyvinutí dislokační podstruktury pro zajištění posilování.
Tvrzení pevného roztoku je zlepšit základní sílu přidáním různých rozpustných prvků, včetně Cr, W, Co, MO, RE a RU.
Různé atomové poloměry vedou k určitému stupni zkreslení atomové mřížky, které inhibuje dislokační pohyb. Posílení pevného roztoku se zvyšuje se zvýšením rozdílu atomové velikosti.
Posílení pevného roztoku má také účinek na snižování poruchové energie stohování (SFE), hlavně inhibující dislokační křížový skluz, což je hlavní deformační režim neideálních krystalů při vysokých teplotách.
Atomové shluky nebo mikrostruktury s krátkým dosahem jsou dalším mechanismem, který pomáhá získat posilování prostřednictvím pevného roztoku. Re -atomy v SX segregují v oblasti tahového napětí dislokačního jádra na / 'a vytvářejí „atmosféru Cottrell, která účinně zabraňuje dislokačnímu pohybu a šíření trhlin. (Atomy solutu jsou koncentrovány v oblasti tahového napětí dislokací okrajů, snižují zkreslení mřížky, vytvářejí strukturu plynu Coriolis a vytvářejí silný účinek na posilování pevného roztoku. Účinek se zvyšuje se zvyšováním koncentrace atomu solutu a zvýšením rozdílu velikosti)
Re, W, MO, RU, Cr a CO účinně posilují fázi. Posílení pevného roztoku matice hraje nesmírně důležitou roli v síle creep a vysokoteplotních slitin na bázi niklu.
Účinek kalení srážek je ovlivněn objemovou frakcí a velikostí fáze. Účelem optimalizace složení vysokoteplotních slitin je hlavně zvýšení objemové frakce fáze a zlepšení mechanických vlastností. Hightepeture slitiny Sx mohou obsahovat 65% -75% fáze, což má za následek dobrou sílu dotvarování. To představuje užitečnou maximální hodnotu posilovacího účinku rozhraní / 'a další zvýšení povede k významnému snížení síly. Síla creepů vysokoteplotních slitin s vysokým objemovým frakcí s vysokým objemem fáze je ovlivněna velikostí fázových částic. Když je velikost fáze malá, dislokace mají tendenci stoupat kolem ní, což má za následek snížení síly tečení. Když jsou dislokace nuceny snížit fázi, síla tečení dosáhne maxima. Jak se „fázové částice zvětšují velikosti, dislokace se mezi nimi ohýbá, což vede ke snížení pevnosti tečení [14].
Existují tři hlavní mechanismy posilování srážek:
Posílení neshody mřížky: 'Fáze je dispergována a vysrážena ve fázové matici koherentním způsobem. Oba jsou struktury FCC. Neshoda mřížky odráží stav stability a stresu koherentního rozhraní mezi oběma fázemi. Nejlepším případem je, že matice a vysrážená fáze mají stejnou krystalovou strukturu a parametry mřížky stejné geometrie, takže mohou být vyplněny více vysrážené fáze. Rozsah nesouladu s vysokoteplotními slitinami na bázi niklu je 01%. Re a Ru jsou zjevně segregovány s fází. Zvýšení RE a RU zvyšuje nesoulad mřížky.
Posílení objednávky: Řezání dislokace způsobí poruchu mezi maticí a vysráženou fází, což vyžaduje více energie
Mechanismus bypassu dislokací: nazývaný Orowan Mechanismus (Orowan Bowing) je to posilovací mechanismus, ve kterém vysrážená fáze v kovové matrici brání dislokaci v pohybu od pokračování v pohybu. Základní princip: Když se pohybující se dislokace setká s částicí, nemůže projít, což má za následek obcházení chování, růst dislokací a požadovanou hnací sílu, což vede k účinku posilování.
3.3 Vývoj metod obsazení slitin s vysokou teplotou
Nejčasnější slitina používaná ve vysokoteplotním prostředí lze vysledovat zpět k vynálezu Nichrome v roce 1906. Vznik turbo kompresorů a plynových turbínových motorů stimuloval podstatný rozvoj slitin s vysokou teplotou. Čepele první generace motorů plynových turbín byly produkovány vytlačováním a kováním, které zjevně měly omezení doby. V současné době jsou čepele turbíny s vysokou teplotou slitinovou turbínou většinou vyráběny investičním obsazením, konkrétně směrovým tuhnutím (DS). Metoda DS byla poprvé vynalezena týmem Pratt & Whitney Versnyder ve Spojených státech v 70. letech [3]. V desetiletích vývoje se preferovaný materiál pro lopatky turbíny změnil z ekviaxovaných krystalů na sloupcové krystaly a poté optimalizován na jedno krystalové vysokoteplotní slitinové materiály.
Technologie DS se používá k výrobě sloupcových složek SX SX SX, což významně zlepšuje tažnost a odolnost proti tepelnému šoku vysokoteplotních slitin. Technologie DS zajišťuje, že produkované sloupcové krystaly mají orientaci [001], která je rovnoběžná s hlavní osou napětí, spíše než s náhodnou orientací krystalu. V zásadě musí DS zajistit, aby se ztuhnutí roztaveného kovu v odlitku provádělo s kapalným krmivem vždy v spravedlivém stavu.
Odlévání sloupcových krystalů musí splňovat dvě podmínky: (1) jednosměrné tepelné tok zajišťuje, že rozhraní pevné kapaliny v růstovém bodě pohybů zrn v jednom směru; (2) Před směrem pohybujícího se směru rozhraní pevné kapaliny nesmí dojít k nukleaci.
Protože zlomeninu čepele se obvykle vyskytuje ve slabé struktuře hranice zrn na vysoké teplotě, aby se eliminovala hranici zrn, během procesu směrového tuhnutí se použije forma zrna se strukturou „voliče zrna“. Velikost průřezu této struktury je blízko velikosti zrna, takže do plísní dutiny odlitku vstupuje pouze jediné optimálně pěstované zrno a poté roste ve formě jediného krystalu, dokud není celá čepel složena pouze z jednoho zrna.
Volič krystalu lze rozdělit do dvou částí: počáteční blok a spirála:
Na začátku procesu DS začnou zrna nukleatovat ve spodní části výchozího bloku. V rané fázi růstu zrna je počet velký, velikost je malá a rozdíl orientace je velký. Konkurenční růstové chování mezi zrny dominuje a geometrický blokovací účinek boční stěny je slabý. V této době je efekt optimalizace orientace zřejmý; Když se výška zrn ve startovním bloku zvyšuje, počet zrn se zmenšuje, zvětšuje se velikost a orientace je blízko. Konkurenční růstové chování mezi zrny se snižuje a dominuje geometrický blokovací účinek boční stěny, což zajišťuje, že směr krystalu může být kontinuálně optimalizován, ale účinek optimalizace orientace je oslaben. Snížením poloměru výchozího bloku a zvýšením výšky výchozího bloku může být orientace zrn vstupujících do spirálové části účinně optimalizována. Zvýšení délky počátečního bloku však zkrátí efektivní růstový prostor odlitku a poskytne vám výrobní cyklus a náklady na přípravu. Proto je nutné přiměřeně navrhnout geometrickou strukturu substrátu.
Hlavní funkcí spirály je efektivně vybrat jednotlivé krystaly a schopnost optimalizovat orientaci zrna je slabá. Když je proces DS prováděn ve spirále, zakřivený kanál poskytuje prostor pro růst větev dendritu a sekundární dendrity zrna postupují ve směru linie Liquidus. Zrna mají silný trend laterálního vývoje a orientace zrn je v kolísavém stavu, se slabým optimalizačním efektem. Proto výběr zrn ve spirále závisí hlavně na geometrické restrikční výhodě, konkurenční růstové výhodě a výhodě prostorové expanze zrna ve spirálovém segmentu [7], než na růstové výhodě preferované orientace zrn, která má silnou náhodnost [6]. Hlavním důvodem pro selhání výběru krystalů je proto, že spirála nehraje roli výběru jednoho krystalu. Zvýšením vnějšího průměru spirály, snížením rozteče, průměru spirálové povrchu a snížením počátečního úhlu, lze výrazně zlepšit efekt výběru krystalu.
Příprava dutých lopatků monokrystalických turbín vyžaduje více než tucet kroků (tavení hlavní slitiny, příprava skořepiny s jedním krystalem, příprava komplexní konfigurace keramického jádra, lití taveniny, směrová tuhnutí, tepelné zpracování, povrchové ošetření, přípravu povlaku tepelné bariéry atd.). Složitý proces je náchylný k různým defektům, jako jsou zbloudivé zrna, pihy, hranice zrna malého úhlu, krystaly pruhu, orientační odchylka, rekrystalizace, hranice velkého úhlu a selhání výběru krystalu.
第2篇结束
4 tvorba vad v procesu DS
Vzhledem k tomu, že struktura pokročilých lopatků turbíny se stává složitější a větší, ve velikosti, během procesu růstu s nízkým úhlem, pružinové krystaly, rekrystalizace, hranice zrn a krystalického výběru, se během procesu růstu s nízkým úhlem, prudké krystaly, se během procesu růstu s nízkým úhlem dochází k různým zbarveným zrnam, pihy, hranice zrna. Odlévání lopatek turbíny ve formě monokrystalů je pro slévárny značnou výzvou.
Problémy existující v čepelích s jedním krystalem jsou soustředěny hlavně v procesu růstu, což úzce souvisí se strukturou a růstovým procesem čepelí s jedním krystalem. 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 defects. Vážněji, zvýšení velikosti lopatky turbíny rozšíří cestu růstu jediného krystalu, zejména na druhém konci chladicí desky vody. V pozdějším stádiu růstu s jedním krystalem se teplotní gradient s nárůstem vzdálenosti prudce snižuje, což způsobuje, že dendrity rostou divergentně a zvyšují tendenci tvorby defektů tuhnutí [6].
Zbloudivá zrna
Trapované krystaly odkazují na amorfní oblasti mezi hranicemi zrn nebo krystalů vytvořených dvěma nebo více krystaly, které se prokládají, kolizují nebo rostou v materiálu. V okrajové desce čepele turbíny SX zažije průřez odlitku náhlou změnu velikosti geometrické velikosti a rozdělení teplotního pole v této oblasti je velmi složité; Během procesu tuhnutí čepele převyšuje podchlazení slitiny na okraji lití kritické nukleace podchlazení slitiny, což má za následek heterogenní nukleace nečistot na okraji lití a vytváří okrajové trampové krystaly [9].
Předchozí studie ukázaly, že když je velikost okrajové desky malá, dendrity vyššího řádu původních zrn rostou do okrajové desky a vytvářejí se žádné krystaly Tramp. Jak se velikost okrajové desky zvětšuje, nejprve se ve vnitřních rozích okrajové desky nejprve vytvoří velké množství jemných krystalů Tramp a několik krystalů trampu roste do okrajové desky ve formě dendritů a potlačuje původní zrna ve středu okrajové desky [6]. Jak se velikost okrajové desky neustále zvyšuje, na okraji okrajové desky je velké podchlazení, kapalina slitiny rychle ztuhne a je generováno velké zmenšení napětí; Výkon rozptylu tepla v oblasti přechodu desky na okraji čepele je špatný, podchlazení je malé a generované dendrity jsou přerušeny napětí smrštění a vytvářejí krystaly tramp, které rostou směrem ke středu okrajové desky [9]. Podle experimentálního výzkumu zvyšuje snížení výšky platformy, zvýšení délky platformy, vnější strany platformy a složení slitiny s vysokým obsahem refrakterních prvků (RE, W, TA, HF), to vše zvyšuje tendenci tvorby krystalů nečistot [10].
Tvorba krystalů nečistot na okrajové desce může být řízena optimalizací procesu směrového tuhnutí (snižováním rychlosti tuhnutí), ošetřením místním opláštěním (povlak tepelnými odolnými materiály) a přidáním systému očkování.
FRechorle
V pozdějším stádiu růstu monokrystalových lopatků, zejména ve vzdálenosti od chladicí desky vody, je snadné vytvořit některá řetězová, jemná ekviaxovaná zrna rovnoběžná se směrem růstu krystalů. Protože povrch vady po makroskopické korozi vykazuje zřejmá skvrny, nazývá se pihy nebo pihové řetězy. V současné době má struktura lopatků turbíny tendenci být komplikovaná a obsah prvků slitiny s vysokým tahem ve slitině se stále zvyšuje, což vede ke zvýšení tendence tvorby piha.
Mechanismus tvorby pih je způsoben hlavně konvekcí kapaliny slitiny způsobené segregací solutu během tuhnutí a souvisí také s přemístěním sekundárních dendritů a vychýlením primárních dendritů. V procesu DS jsou W a RE obohaceny v oblasti dendritu a AL a TA jsou obohaceny o kapalinu slitiny mezi dendrity. Mezi bývalým a druhým je rozdíl v hustotě. Jak kašovitá zóna ztuhne, rozdíl mezi hustotou kapaliny slitiny v zóně a hustotou kapaliny na frontě tuhnutí se zvyšuje. Rozložení hustoty těžkého horního a světlého dna způsobuje, že kapalina slitiny v kašovité zóně podléhá vztlaku vzestupné. Když je překročena viskózní rezistence kapaliny slitiny v zóně, kapalina slitiny v kašovité zóně se konfekuje mezi dendrity a vytvoří konvekční kanál určité šířky v kašované zóně. Tok této slitinové kapaliny roztaví nebo rozbije dendrity za vzniku fragmentů dendritu. Pokud tyto fragmenty dendritu nemají čas vytékat z kanálu s kapalinou slitiny a zůstat v kanálu, budou tvořit skvrny na odlitkovém povrchu, jak kanál ztuhne [11].
Zvýšení obsahu složek slitiny TA a AL a snížení obsahu W a RE může pomoci snížit tendenci tvorby piha. V procesu DS může zvýšení rychlosti tahu a zvýšení teplotního gradientu snížit tendenci tvorby piha. Vibrace mohou významně oslabit konvekci kapalné fáze během směrového tuhnutí, čímž se sníží tendence tvorby piha.
Hranice zrna nízkého úhlu
Tvorba hranic zrna nízkých úhlu souvisí s orientační odchylkou dendritů způsobených deformací dendritu: (1) termomechanické napětí generované srážením „fáze během růstu v ustáleném stavu; (2) obstrukce a vytlačování skořepiny formy způsobují napětí smrštění v dendritách; (3) Konvekce solutu způsobená nerovnoměrným teplotním polem v zóně s kašovitou a asymetrickou silou na dendrity vede k plastické deformaci dendritů, což spouští kumulativní změnu orientace dendritu. Hranice zrna nízkého úhlu je vytvořena na křižovatce odkloněného dendritu a původního nedbaleného dendritu.
Když rozsáhlou krystalickou čepel ztuhne, je pro rozhraní S/L obtížné udržovat rovinný stav (konkávní, když je rychlost tahu vysoká a konvexní, když je rychlost tahu nízká). Směr teplotního gradientu nevýrazného rozhraní S/L se neshoduje s axiálním směrem vzorku. Jakékoli fluktuace v procesu tuhnutí mohou způsobit změny orientace, čímž se vytvářejí hranice zrna nízkého úhlu. Tyto fluktuace mohou způsobit, že některé dendrity růst v nestaickém stavu během procesu růstu z expanzní zóny do těla čepele, což má za následek úhel hranice zrna nízkoúhelníku tělesa čepele hlavně koncentrovaný v rozmezí 2 stupňů -6 stupně. To je určeno vlastnostmi tuhnutí slitiny a je obtížné najít rozumný způsob, jak se jí vyhnout [12].
Počet hranic zrna malého úhlu v prodlužovací zóně je výrazně nižší než počet v těle čepele a úhel missorientace je také mnohem menší, ale počet míst s úhlů missorientací v prodlužovací zóně je srovnatelný, což naznačuje, že mají srovnatelné schopnosti pro produkci malých zmiňování. Je to proto, že prodlužovací zóna je v raných stádiích růstu s jedním krystalem a většina dendritů vykazuje růst v ustáleném stavu, zatímco počet dendritů v růstu ustáleného stavu v prodlužovací zóně a těleso čepele je srovnatelné.
Pruhovaný krystal
Pruhované krystaly jsou typem úzké lineární vady na povrchu odlitku, většinou se vyskytují na horní části čepele odlitku. Obecně jsou široké asi 1 mm a několik až desítek mm dlouhé, s identifikovatelnou výchozí polohou. Obecně zmizí po růstu na několik centimetrů, ale mohou se také laterálně rozšířit na celou čepel, vyvíjet se z lineárního defektu na trojrozměrnou rozsáhlý defekt a transformovat se na různá defekt krystalu. Směr krystalu pruhu je vždy v zásadě v souladu s směrem růstu dendritu v tomto místě.
Vzhled pruhových krystalů je způsoben skutečností, že hlavní kmen jediného dendritu na povrchu lití je roztrhán v kašovité zóně, ale je přivařen zbytkovou kapalinou, což ukazuje zjevný výchozí bod. Hlavním důvodem tohoto roztržení je to, že dendritové smrštění způsobené adhezí skořepiny je vážně bráněno nebo je pevnost dendritu vážně poškozena kvůli řezání inkluze. Roztrhaný dendritu podstoupí určitý stupeň celkové vychylování a vytvoří úzké zrno uzavřené hranicí zrna malého úhlu na struktuře matrice [12].
Rekrystalizace
Sx je složen hlavně z fáze a 'fáze ve formě eutektické kombinace. Když je lokální energie vysoká kvůli koncentraci deformačního napětí v místní oblasti povrchu, a poté, když při následném zahřívání dosáhne určité teploty, „fáze se rozpustí v jednorázové slitině. Po rozpuštění je velmi snadné vytvořit buněčnou strukturu v oblasti rozpouštění fáze. Rekrystalizace povrchu SX nejprve začíná v oblasti dendritu na povrchu. Počáteční organizace je buněčná. Poté zrna začnou postupně růst do eutektické fáze / „plochy obsahující hrubou“ fázi. Růst rekrystalizovaných zrn je doprovázen jasným rozhraním mezi krystalovými zrny a matricí [13]. Důležitá podmínka pro tvorbu rekrystalizovaných zrn: rozpuštění fáze obsazení.
