Сравнительный анализ методов рентген-дифракционного контроля монокристаллических изделий на различных видах дифрактометров, страница 5


Введение

Эксплуатационные свойства литейных монокристаллических изделий (например, силовых элементов в различных конструкциях, турбинных лопаток и их заготовок и др.) во многом зависят от ориентации монокристалла относительно внешних осей. Монокристаллические сплавы обладают резко выраженной анизотропией свойств.

Одними из основных методов контроля качества затравок, предназначенных для выращивания монокристаллических изделий, являются рентгеноструктурные методы анализа. С их помощью можно контролировать кристаллографическую ориентацию (КГО) как вспомогательных элементов, используемых при производстве, так и готовую продукцию. В серийном и опытном производстве авиационных двигателей КГО затравок для литейных изделий определяется постоянно, поэтому имеется значительная потребность в точном и быстродействующем методе для выполнения этой задачи.

Широко известны два рентгенографических метода определения кристаллографической ориентации: дифрактометрический и метод Лауэ. В настоящее время метод Лауэ наиболее прост как в исполнении, так и в технических средствах, необходимых для проведения испытания. Однако, в 70-х годах прошлого века, на момент введения подобного контроля в практику, метод Лауэ оказался недостаточно экспрессным для действующего технологического процесса, так как требовал больших затрат ресурсов и времени на обработку информации. Дифрактометрический метод, применяемый с тех пор повсеместно, не только труднее для осуществления, но и требует гораздо более сложного, габаритного и дорогостоящего оборудования.

В данной работе проведено исследование современных методик определения ориентировки монокристаллов, на основании экспериментальных данных проведен их сравнительный анализ и даны рекомендации по их дальнейшему совершенствованию.

Глава 1. Современные монокристаллические литейные изделия и методы их контроля

1.1.   Монокристаллические литейные изделия в авиапромышленности

Лопатка в газотурбинных двигателях – это деталь, предназначенная для изменения в них параметров газа. Лопатки современных газотурбинных двигателей, в зависимости от назначения, выполняемой данным устройством задачи и среды, в которой они работают, имеют самую различную конструкцию. Различают рабочие, спрямляющие и поворотные лопатки. Кроме того, в компрессорах могут быть направляющие лопатки, а также входные направляющие лопатки, а в турбинах — сопловые лопатки и охлаждаемые.

Для каждой лопатки характерен собственный аэродинамический профиль, обычно он напоминает крыло летательного аппарата. Самое существенное отличие лопатки от крыла состоит в том, что лопатки работают в потоке, параметры которого очень сильно изменяются по её длине.

Традиционно лопатки изготавливались из предварительно отштампованных заготовок, также применяются методы изготовления лопаток точным литьём или точной штамповкой. Современные тенденции повышения мощности турбин требуют увеличения длины лопаток последних ступеней [7].

По конструкции профильной части лопатки (рис. 1.1.) подразделяются на лопатки постоянного и переменного сечений. Лопатки постоянного сечения применяются для ступеней, в которых длина лопатки не более одной десятой среднего диаметра ступени. В турбинах большой мощности это, как правило, лопатки первых ступеней высокого давления. Высота этих лопаток невелика и составляет 20-100 мм.

Лопатки переменного сечения имеют переменный профиль, причём площадь поперечных сечений плавно уменьшается от корневого сечения к вершине. У лопаток последних ступеней это соотношение может достигать 6-8. Лопатки переменного сечения всегда имеют начальную закрутку, то есть углы, образованные прямой, соединяющей кромки сечения (хордой), с осью турбины, называемыми углами установки сечений. Эти углы из соображений аэродинамики по высоте задаются различными, с плавным увеличением от корня к вершине [7].