تاثیر صافی سطح قالب سرامیکی ریخته‌گری دقیق بر ریزساختار و خواص مکانیکی پره توربین از جنس آلیاژ cmsx-4

پیشرفت شتابان در سیستم‌های فناوری نیاز به آلیاژهایی با خواص ترمومکانیکی و شیمیایی به‌شدت بهبود‌یافته به نام سوپرآلیاژ را نشان داده است. سوپرآلیاژهای پایه نیکل به دلیل مقاومت در برابر شرایط دمای بالا، پرکاربردترین مواد فلزی در قسمت‌هایی از پره توربین و محفظه احتراق هستند.. برای تولید سوپرآلیاژ cmsx-4 در حالت تک‌کریستال، از قالب سرامیکی آلومینایی و سیلیکاتی بر اساس ویژگی‎های مورد نیاز به روش ریخته‎ گری دقیق استفاده شد. قالب سرامیکی نقش کلیدی در دستیابی به دقت ابعادی و کیفیت ریخته‌گری ایفا می‌کند. قالب‌های سرامیکی به دلیل بی‌اثر بودن شیمیایی و قابلیت دمای بالا معمولاً در فرایند ریخته‌گری دقیق به شکل نزدیک به اجزای سوپرآلیاژی استفاده می‌شوند. در فرایند ریخته‌گری دقیق، ابتدا یک الگوی مومی ساخته شد که در اطراف آن پوشش‌های دوغاب و لایه‌دهی مکرر اعمال گردید. دوغاب از مواد بسیار ریز سرامیکی تشکیل شده است. پس از خشک‌شدن دوغاب سرامیکی و لایه‌ها، یک قالب سرامیکی در اطراف الگوی موم تشکیل شد. پس از خشک‌شدن پوسته سرامیکی، موم تخلیه شده و پوسته برای استحکام بیشتر در کوره پخت گردید. سپس عناصر آلیاژ داخل پوسته سرامیکی قرار داده ‌شد و داخل کوره بریجمن ذوب انجام گردید و پس از منجمد شدن، پره توربین از جنس آلیاژ مورد نظر ساخته شد. پس از جامد شدن، قالب تحت تخلیه قرار ‌گرفت که طی آن به‌وسیله ابزارهای مکانیکی از قالب خارج گردید. در نهایت، ریخته‌گری تحت فرایندهای تکمیلی قرار گرفت. در این پژوهش برای به ‌دست آوردن سطح صاف عالی داخلی قالب، از قالب آلومینایی و قالب سیلیکاتی استفاده شد. پس از بررسی نتایج به‎ دست آمده از این دو نوع قالب و همچنین بررسی آلیاژ cmsx-4 ساخته شده، مشخص شد که قالب آلومینایی صافی سطح بهتر و یکنواخت‌تری را ایجاد کرده و همچنین خواص مکانیکی بهتری را برای پره توربین از جنس آلیاژ cmsx-4 را ایجاد کرده است.

the effect of ceramic mold surface smoothness in investment casting on the microstructure and mechanical properties of cmsx-4 alloy turbine blade

the rapid progress in technological systems has shown the need for alloys with greatly improved thermomechanical and chemical properties called superalloys. nickel-based superalloys are the most widely used metal materials in parts of turbine blades and combustion chambers due to their resistance to high temperature conditions. nickel-based superalloys are usually produced in single crystal form using bridgman s nucleation and spiral (grain selector) technique. nickel-based superalloys are often used in places where high toughness and thermal stability are required, such as airfoils. superalloy cmsx-4 is used as one of the second generation nickel-based superalloys in the manufacture of single crystal air and ground gas turbine blades. cmsx-4 alloy contains a high content of refractory elements such as tantalum, tungsten and rhenium, which can provide sufficient mechanical properties at high temperature. to produce cmsx-4 superalloy in single crystal state, alumina and silicate ceramic molds were used based on the required characteristics by investment casting method. ceramic mold plays a key role in achieving dimensional accuracy and casting quality. because of their chemical inertness and high temperature capability, ceramic molds are commonly used in the investment casting process to closely resemble superalloy components. in the investment casting process, first a wax model was made, around which layers of slurry and layering were applied. the slurry consists of very fine ceramic materials. after the ceramic grout and layers dried, a ceramic mold was formed around the wax pattern. after drying the ceramic shell, the wax was drained and the shell was baked in the oven for more strength. then the alloy elements were placed inside the ceramic shell and melting was done inside the bridgman furnace, and after freezing, the turbine blade was made of the desired alloy. after solidification, the mold was subjected to evacuation, during which it was removed from the mold by means of mechanical tools. finally, the casting was subjected to finishing processes. in this project, aluminum mold and silicate mold were used in order to obtain an excellent smooth internal surface of the mold. after examining the results obtained from these two types of mold and also examining the cmsx-4 alloy, it was found that the aluminum mold created a better and more uniform surface smoothness and also better mechanical properties for the turbine blade made of cmsx-4 alloy.