本帖最后由 hd_1000 于 2016-1-17 15:46 編輯
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以目前的技術(shù)而言，要實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)效率最大化，必須提高溫度。現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率已達(dá)到42%以上，是最高效、最清潔的動(dòng)力設(shè)備，然而要實(shí)現(xiàn)這樣的熱效率，燃?xì)廨啓C(jī)的最高溫度需要達(dá)到1500℃，普通材料到了這個(gè)溫度，都已經(jīng)融化了，所以科學(xué)家們希望能找到一種特別耐高溫的材料
最初，科學(xué)家從自然界尋找耐高溫的金屬元素，鎳就是其中之一，以鎳為基礎(chǔ)加上少量銅、鐵、錫等元素形成的鎳基合金能承受幾百攝氏度的高溫，想再提高溫度，“天然”的找不到，只好“人造”了。 渦輪葉片的對(duì)比： ![]() & @( e2 F3 q/ N) W1 M
圖一 傳統(tǒng)鑄造渦輪葉片 ![]() ' D. e/ ?+ q/ Q
圖二 定向結(jié)晶渦輪葉片 ![]()
! _( [+ V9 N! B1 s7 w9 t圖三 單晶渦輪葉片 singlecrystal blade,經(jīng)過(guò)了3代發(fā)展。 第一代是：鎳基高溫合金 第二代是：定向晶界的多晶 第三代：正在研制的單晶 ![]() ) @8 {7 e2 _' t4 ]$ P: J
晶體的世界，可能會(huì)顛覆你對(duì)生物與非生物的認(rèn)識(shí)，因?yàn)橛行┨厥庥猛镜木w是“長(zhǎng)出來(lái)的”。 耐1100℃的鎳基合金單晶葉片，如何抵抗燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)最高1500℃的高溫，這又是一場(chǎng)大戰(zhàn)。發(fā)現(xiàn)，在均勻分布的葉片之下，有各種氣孔，在高溫下這些氣孔能通過(guò)導(dǎo)入空氣形成冷風(fēng)，來(lái)有效降低葉片的表面溫度。 ![]()
7 N4 @- o. H+ F+ `. G5 U3 K 單晶葉片指，只有一個(gè)晶粒的鑄造葉片。定向結(jié)晶葉片消除了對(duì)空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行于應(yīng)力軸方向，從而改善了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界，不必加入晶界強(qiáng)化元素，使合金的初熔溫度相對(duì)升高，從而提高了合金的高溫強(qiáng)度，并進(jìn)一步改善了合金的綜合性能。單晶葉片整個(gè)鑄件由一個(gè)晶粒組成的鑄造高溫合金。這是繼定向凝固鑄造高溫合金之后，進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度和使用溫度的一條途徑。單晶葉片鑄件的理想組織是葉根、葉身和葉冠，都由毫無(wú)缺陷的多相單晶體組成。晶體取向應(yīng)是〈001〉方向，并與葉片主應(yīng)力軸方向之間的偏離不應(yīng)大于10度。單晶鑄件可以用與定向凝固相同的設(shè)備和工藝制備，與定向凝固鑄件的區(qū)別只在于在水冷底盤的上部加入選晶器或仔晶，以便控制單一晶體進(jìn)入鑄件。簡(jiǎn)史初期的單晶鑄造高溫合金采用普通鑄造高溫合金成分，在此情況下，單晶鑄造高溫合金與定向凝固鑄造高溫合金相比，除了改善橫向強(qiáng)度和塑性外，其他性能并無(wú)明顯改善。20世紀(jì)70年代末，出現(xiàn)了去掉晶界強(qiáng)化(見(jiàn)高溫合金晶界強(qiáng)化)元素的單晶鑄造高溫合金，如美國(guó)的PwAl480、NASAIRl00。碳、硼、鋯、鉿等晶界強(qiáng)化元素去除后，提高了合金的初熔溫度，從而允許提高固溶處理溫度，獲得更細(xì)小、彌散的Y’相(見(jiàn)高溫合金材料的金屬間化合物相)，使合金的潛力得到更充分發(fā)揮。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，出現(xiàn)了20多種單晶鑄造高溫合金。這些合金可以分為三代：第一代以PwAl480為代表，其承溫能力比最好的定向凝固鑄造高溫合金PwAl422有25℃的優(yōu)勢(shì)；第二代以PwAl484為代表，比第一代又提高了25℃；正在研制的是第三代單晶合金。
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發(fā)表于 2016-1-17 09:38:45
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