Блог

Jul 11, 2023

Жемчужина в короне: роллы

Литье — один из древнейших и основных методов обработки металлов. Если вы можете

Литье — один из древнейших и основных методов обработки металлов. Если вы можете разжечь огонь, достаточно горячий, чтобы расплавить металл, и изготовить тигель для его плавления и форму, способную выдерживать нагрев, вы сможете отливать сложные металлические формы; и мы делаем это на протяжении тысячелетий. Самая старая известная отливка — медная лягушка, сделанная 6000 лет назад в Месопотамии. Многие из блестящих мраморных скульптур Древней Греции на самом деле являются более поздними римскими копиями оригиналов, отлитых из бронзы: немногие сохранившиеся оригиналы, такие как бронзы из Риаче с изображением греческих воинов, найденные в море у Сицилии, демонстрируют невероятную изысканность и уровень детализации, достигнутый этими давно умершими мастерами металлов.

Тем не менее, этот древнейший из навыков все еще используется и развивается. Его последнее воплощение, пожалуй, является самой продвинутой процедурой, когда-либо проводившейся с металлами, и жизненно важной для одного из знаковых видов деятельности современного мира: рутинных авиаперелетов. Его можно найти в историческом центре металлообработки Великобритании, Шеффилде, на заводе Rolls-Royce Advanced Blade Casting Facility (ABCF), специально построенном рядом с Исследовательским центром перспективного производства Шеффилдского университета в Ротерхэме.

Компоненты, которые производит ABCF, не те, которые большинство людей когда-либо видели: это лопатки турбин, спрятанные в самой горячей части реактивных двигателей. Далекие от декоративного блеска греческой бронзы, они сочетают в себе утилитарный внешний вид со сложностью формы и функциональности, а также внутреннее совершенство, подобное драгоценному камню: веся всего около 300 г и достаточно маленькие, чтобы поместиться на ладони, они фактически являются идеальными одиночными изделиями. кристаллы металлического сплава, состав которого оттачивался в течение многих лет для работы в адских условиях самой быстродвижущейся части реактивного двигателя.

«Когда появился реактивный двигатель, прототипы сэра Фрэнка Уиттла были полностью изготовлены из стали», — сказал руководитель отдела материалов Rolls-Royce Нил Гловер. «Сталь превосходна с точки зрения прочности и твердости поверхности, но если вам нужны высокотемпературные характеристики, то она на самом деле не очень хороша: 450–500 ° C — это почти ее предел».

Его непригодность привела к поиску более термостойкого материала, и производители реактивных самолетов обратились к никелевым сплавам. Никель относительно распространен, имеет большие месторождения в Австралии и имеет низкую цену. Он плавится при температуре 1728 К (1455°C) и устойчив к коррозии – оба эти качества являются ценными свойствами для компонентов, которые функционируют внутри реактивного двигателя. Еще более важным является его способность образовывать сплавы и особое свойство одного из этих сплавов, соединения, известного как гамма-прайм, в котором никель соединяется с алюминием, сохранять свою прочность при высоких температурах. «Прочность стали и даже титана быстро падает при достижении температуры плавления 40–50 процентов», — сказал Гловер. «Никелевые сплавы сохраняют прочность до 85 процентов температуры плавления.

И производители двигателей в полной мере используют это свойство. Реактивные двигатели работают, располагая лопатки турбины, которые вращаются в потоке горячих газов, выходящих из камеры сгорания, на том же валу, что и лопатки компрессора, которые нагнетают воздух в двигатель под высоким давлением. Таким образом, в задней части двигателя лопатки турбины низкого давления, которые работают в несколько остывшем газовом потоке, находятся на том же валу, что и большие лопатки вентилятора в передней части двигателя, которые ускоряют воздух для создания тяга двигателя. Этот вал проходит через середину более короткого и широкого вала промежуточного давления (IP), у которого снова есть лопатки турбины сзади и лопатки компрессора спереди. Снаружи находится вал высокого давления, который приводит в действие компрессор, нагнетающий воздух в саму камеру сгорания. Камера сгорания кольцевая, с выходным кольцом сзади, контролирующим поток выхлопных газов, и именно здесь находятся монокристаллические лопатки. Газы, только что образовавшиеся после сгорания, имеют температуру около 1700°C; а вал вращается со скоростью более 12 000 об/мин.