Моделирование литья сопловых блоков лопаток из жаропрочных никелевых сплавов.

Обычно блоки сопловых лопаток (рисунок 1) производят из жаропрочных никелевых сплавов, так как они должны работать при очень высоких температурах и в агрессивной среде. Прецизионное литье в вакууме, также известное как литье по выплавляемым моделям, единственный производственный метод для изготовления блоков сопловых лопаток, имеющих очень сложную форму. Разработка двигателей последнего поколения, зачастую приводит к усложнению геометрии лопаток, а также к утонению стенок пера. Однако, данные нововведения усложняют производственный процесс, ведут к увеличению количества дефектов (в первую очередь пористости). В результате, разработка технологии литья сопловых блоков нового поколения осуществляется методом «проб и ошибок», или другими словами с помощью экспериментальных заливок образцов. Но этот метод очень дорог и затрачивает большое количество времени.

Рисунок 1 – Блок сопловой 3 ступени турбины низкого давления газотурбинного двигателя ПД-14

В данной работе предложено три версии литниково-питающей системы для одновременной заливки сразу нескольких блоков (в настоящее время блоки заливаются по одному) на вакуумно-плавильной установке ALD VIM-IC20. C целью частичной замены дорогостоящих экспериментальных заливок проведено моделирование заливки и затвердевания отливок сопловых блоков в программной среде ProCast.

Создана конечно-элементная сетка отливки и керамической оболочки для моделирования. Подобраны граничные условия и параметры заливки, такие как начальные температуры расплава и формы, теплофизические свойства сплава и материала керамической формы, а также коэффициенты теплопередачи. Произведено моделирование и оценены его результаты.