सिंगल-क्रिस्टल कास्टिंग (टर्बाइनची पाती)

एका टोकापासून हळू गोठल्याने भाग एकाच क्रिस्टलच्या रूपात वाढतो

सिंगल-क्रिस्टल कास्टिंगमध्ये धातूचा भाग एकच अखंड क्रिस्टल म्हणून बनतो, ज्यात कण सीमा (क्रिस्टलमधील शिवणी) अजिबात नसतात. जेट इंजिन आणि वीज केंद्रांतील गॅस टर्बाइनच्या सर्वात गरम पात्यांसाठी ते वापरले जाते. ही पाती हजारो तास तप्त लाल अवस्थेत फिरतात, आणि कण सीमांवरच ती क्रीप होतात (हळूहळू ताणली जातात) आणि तडकतात.

फोटो: Lee Langston, CC BY-SA 4.0, स्रोत: Wikimedia Commons

सिंगल-क्रिस्टल कास्टिंग · विथड्रॉअल भट्टी आणि कणांचे प्रकारडावे चित्र पात्याचा मोल्ड भट्टीतून बाहेर ओढला जाताना दाखवते; उजवा चौकोन कणांच्या प्रकारांची तुलना करतो. वर्तुळातील क्रमांक खालील पायऱ्यांशी जुळतात.

हे कसे चालते

सिरॅमिक मोल्ड बनवा. इन्व्हेस्टमेंट कास्टिंगप्रमाणे (धडा 1.2), मेणाचे पाते सिरॅमिकने लेपले जाते आणि मेण वितळवून काढले जाते. आतील सिरॅमिक कोअर पात्याचे कूलिंग मार्ग बनवतो, आणि पात्याखाली सर्पिल मार्ग, ग्रेन सिलेक्टर, जोडला जातो.
गरम मोल्डमध्ये ओता. मोल्ड व्हॅक्यूम भट्टीतील चिल प्लेटवर ठेवला जातो, म्हणून निकेल सुपरअ‍ॅलॉय हवेशी अभिक्रिया करू शकत नाही. मोल्ड धातूच्या वितळबिंदूच्या वर, सुमारे 1500 °C वर, तापवला जातो आणि धातू ओतला जातो.
खालून गोठवायला सुरुवात करा. पाण्याने थंड केलेली चिल प्लेट धातूला आधी तळाशी गोठवते. स्टार्टर ब्लॉकमध्ये अनेक लहान क्रिस्टल सुरू होतात, सर्व वरच्या दिशेने वाढतात.
एका क्रिस्टलला जाऊ द्या. सर्पिल ग्रेन सिलेक्टर बहुतेक क्रिस्टलना अनुसरण करण्यासाठी खूप वळणदार आहे; सहसा फक्त एकच वरून बाहेर पडतो. त्याची दिशा ठरवण्यासाठी त्याऐवजी सीड क्रिस्टल वापरता येतो.
हळू बाहेर काढा. मोल्ड बॅफलमधून गरम क्षेत्राबाहेर खाली आणला जातो, साधारणपणे ताशी काही सेंटीमीटर. गोठण्याचा अग्रभाग बॅफलजवळ सपाट राहतो आणि एकच क्रिस्टल संपूर्ण पात्यातून वर वाढतो.
कवच काढा आणि तपासा. सिरॅमिक तोडून काढले जाते आणि कोअर विरघळवला जातो. प्रत्येक पाते एच केले जाते आणि ते एकच क्रिस्टल असल्याची खात्री करण्यासाठी X-किरण आणि क्रिस्टल दिशा मापनाने तपासले जाते.

मुख्य तथ्ये

साहित्य: निकेल-आधारित सुपरअ‍ॅलॉय (निकेलचे क्रोमियम, कोबाल्ट, अ‍ॅल्युमिनियम, रेनियम आणि इतरांसह उष्णता-प्रतिरोधक मिश्रधातू)
सामान्य भाग: जेट इंजिन आणि गॅस टर्बाइनमधील उच्च-दाब टर्बाइनची पाती आणि व्हेन
भागाचा आकार: विमानाची पाती काही सेंटीमीटर ते सुमारे 15 सेमी लांब; वीज केंद्रातील पाती कित्येक पट मोठी असू शकतात
अचूकता: इन्व्हेस्टमेंट-कास्टिंगच्या पातळीची, सुमारे ±0.1 मिमी, बारीक कूलिंग छिद्रे नंतर ड्रिल केलेली
पृष्ठभागाची फिनिश: गुळगुळीत: Ra (सरासरी खडबडीतपणा) सुमारे 1 ते 3 µm, मग कोटिंग केलेले
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: प्रति इंजिन कार्यक्रम वर्षाला हजारो ते शेकडो हजार पाती
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: व्हॅक्यूम विथड्रॉअल भट्ट्या दशलक्षावधी डॉलर्सच्या; प्रत्येक पात्याची किंमत शेकडो ते हजारो डॉलर्स
वेग: संथ: प्रति विथड्रॉअल फेरी काही तास, प्रति भट्टी लोड अनेक मोल्डसह

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

कण सीमा नाहीत, म्हणून तप्त लाल अवस्थेत क्रीप आणि तडकण्याला उत्कृष्ट प्रतिकार
इंजिन जास्त गरम चालवू देते, ज्यामुळे इंधन वाचते
सर्वोत्तम ताठपणा आणि थकव्याच्या आयुष्यासाठी क्रिस्टलची दिशा निवडता येते
सिरॅमिक कोअरमधून गुंतागुंतीचे अंतर्गत कूलिंग मार्ग मिळतात

मर्यादा

अतिशय संथ आणि महाग
भरकटलेले कण तयार झाल्यावर अनेक पाती भंगारात जातात
व्हॅक्यूम भट्ट्या आणि रेनियमसारखी दुर्मिळ मूलद्रव्ये असलेले महाग मिश्रधातू लागतात
फक्त लहान, अतिशय उच्च-मूल्याच्या भागांसाठीच व्यावहारिक

कुठे वापरली जाते

एरोस्पेसजेट इंजिनची उच्च-दाब टर्बाइन पाती आणि व्हेन
वीजनिर्मितीमोठ्या गॅस टर्बाइनची पहिल्या टप्प्यातील पाती
संरक्षणलष्करी जेट आणि हेलिकॉप्टर इंजिन
संशोधनमिश्रधातूंच्या अभ्यासासाठी सिंगल-क्रिस्टल नमुने

ओळखायची कशी

तयार, कोटिंग केलेल्या पात्यावर सहसा ते दिसत नाही: ते कोणत्याही अचूक कास्टिंगसारखेच दिसते.
एच केल्यावर (कण उघड करणारे आम्लाचे बाथ), सिंगल-क्रिस्टल पाते कणांच्या नमुन्याशिवाय एकसारखा पृष्ठभाग दाखवते.
सामान्य कास्ट पाते कणांचे ठिगळ दाखवते; दिशात्मक घनीकरण केलेले मुळापासून टोकापर्यंत लांब पट्टे दाखवते.
पृष्ठभागावर लहान कूलिंग छिद्रे आणि फर-झाडाच्या आकाराचे मूळ, गरम विभागातील पात्यांचे वैशिष्ट्य.