صنعتی حالات میں سنگل کرسٹل بلیڈ کی دشاتمک استحکام ایئر کولڈ کاسٹنگ کے جدید طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے
اس مقالے میں، ڈی جی سی سی گیس کولنگ کاسٹنگ کے عمل سے تیار کردہ سنگل کرسٹل بلیڈز کے مائیکرو اسٹرکچر ریفائنمنٹ پر گیس کولنگ کے اثرات کا مطالعہ کیا گیا۔ بنیادی ڈینڈرائٹ آرم اسپیسنگ (PDAS) ایئر فوائل پر سب سے زیادہ اور بلیڈ پلیٹ فارم پر سب سے کم قیمت تک پہنچ جاتی ہے۔ تاہم، جب برج مین کا طریقہ استعمال کیا جاتا ہے، PDAS کی قدر بلیڈ کے ساتھ مخالف سمت میں بدل جاتی ہے۔ DGCC گیس کولنگ کاسٹنگ کا طریقہ روایتی ریڈینٹ کولنگ کے مقابلے بلیڈ پلیٹ فارم میں PDAS ویلیو میں تقریباً 100 μm کی کمی کا نتیجہ ہے۔
نکل پر مبنی سپر الائے کے دشاتمک استحکام کے عمل میں، ڈینڈرائٹ ڈھانچے کو بنیادی ڈینڈرائٹ آرم اسپیسنگ (PDAS) کو کم کرکے اور سالڈیفیکیشن فرنٹ پر محوری درجہ حرارت کے میلان کو بڑھا کر بہتر کیا جاتا ہے، تاکہ آپریٹنگ درجہ حرارت اور سنگل کی مکینیکل خصوصیات کو بہتر بنایا جا سکے۔ کرسٹل بلیڈ. برج مین طریقہ کار میں، ورک پیس اور فرنس کے درمیان تابناک حرارت کی منتقلی مولڈ شیل کولنگ کی تاثیر کو سختی سے محدود کرتی ہے، اس طرح درجہ حرارت کے میلان کو کم کرتا ہے اور ڈینڈرائٹ مائیکرو اسٹرکچر کو بہتر بنانے کے لیے موزوں نہیں ہوتا ہے۔ لہٰذا، سنگل کرسٹل کے معیار اور عمل کی پیداوار کو بہتر بنانے کے لیے، دشاتمک سالڈیفیکیشن کے متبادل طریقے تیار کیے گئے ہیں، جیسے مائع دھاتی کولنگ (LMC)، گیس کولنگ کاسٹنگ (GCC)، نیچے کی طرف سمتاتی سالڈیفیکیشن (DWDS) اور فلوائزڈ کاربن بیڈ کولنگ۔ طریقہ (FCBC)۔
مندرجہ بالا طریقوں میں، تابکاری کولنگ کے علاوہ، کنویکشن کولنگ بنیادی طور پر مولڈ شیل کی سطح کی گرمی نکالنے کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ مائع دھاتی کولنگ (LMC) اور فلوائزڈ کاربن بیڈ کولنگ (FCBC) طریقوں میں، مولڈ شیل کو بالترتیب کولنگ باتھ اور فلوئائزڈ بیڈ میں ڈبو دیا جاتا ہے۔ گیس کولڈ کاسٹنگ (GCC) اور ڈاونورڈ ڈائریکشنل سولڈیفیکیشن (DWDS) طریقوں میں، گیس کو شیل کی سطح میں داخل کیا جاتا ہے تاکہ کاسٹنگ کو ٹھنڈا کیا جا سکے کیونکہ یہ فرنس ہیٹنگ زون سے حرکت کرتی ہے۔ غیر فعال کولنگ گیسوں کا استعمال کرتے ہوئے بلیڈ پروڈکشن کے طریقوں کی مسلسل ترقی ان طریقوں کی بڑی صلاحیت کو ظاہر کرتی ہے، کیونکہ LMC مائع دھاتی کولنگ کے طریقہ کار کے مقابلے میں لاگت نسبتاً کم ہے، جبکہ برج مین طریقہ کے مقابلے ورک پیس کا مائیکرو اسٹرکچر بہتر ہوا ہے۔ کونٹر وغیرہ۔ انریٹ ٹھنڈا گیسوں کا استعمال کرتے ہوئے بڑی گیس ٹربائن (IGT) بلیڈ بنانے کے طریقہ کار کا مظاہرہ کیا، جبکہ Wang et al. چھوٹے ایوی ایشن ٹربائن بلیڈ پیدا کرنے کے لئے اس طریقہ کا استعمال کیا. یہ ثابت کرنے کے لیے کافی ہے کہ غیر فعال کولنگ گیس کا استعمال درجہ حرارت کے میلان کو مؤثر طریقے سے بہتر بنانے اور ڈینڈرائٹ کی ساخت کو بہتر کرنے کا ایک مؤثر طریقہ ہے۔ اگرچہ یہ طریقے کارآمد ہیں، لیکن صنعتی پیمانے پر بلیڈ مینوفیکچرنگ میں ان کے بہت محدود استعمال ہو سکتے ہیں، خاص طور پر جہاں پیچیدہ ڈائی کیسنگز میں ایک ساتھ متعدد کاسٹنگ رکھی جاتی ہیں۔
بہت سے اجزاء کے ساتھ ایک پیچیدہ شیل کا استعمال شیل کے بیرونی پروفائل سے ہیٹ شیلڈ کی ملاپ کو بہت پیچیدہ بنا سکتا ہے۔ اس کی وجہ سے گیس ممکنہ طور پر اجزاء کے درمیان اوپر کی طرف بہہ جاتی ہے، جو بھٹی کے اندر ہیٹنگ چیمبر میں واقع مولڈ شیل کو ٹھنڈا کرنے کے لیے موزوں نہیں ہے۔ بدلے میں، نوزل کو نیچے کی طرف پانی سے ٹھنڈا کرنے والی انگوٹھی کی طرف تبدیل کرنے سے کاسٹنگ کے پیسٹ والے علاقے کی مضبوطی پر غیر فعال گیس کے بہاؤ کے تھرمل اثر کو کم کیا جا سکتا ہے۔ شائع شدہ مقالے کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ ٹھنڈک گیسوں کا استعمال کرتے ہوئے دشاتمک استحکام کے طریقوں میں اعلی صلاحیت ہے۔ تاہم، فی الحال متعدد اجزاء کے ساتھ پیچیدہ سیرامک مولڈ پروڈکشن بلیڈ پر اس طریقہ کار کے اطلاق کے بارے میں کوئی معلومات نہیں ہے۔ لہٰذا، سکوووک نے انرٹ گیس کولنگ مولڈ شیلز کا استعمال کرتے ہوئے نکل پر مبنی سپر ایلائے ٹربائن بلیڈز کے لیے صنعتی پیمانے پر دشاتمک استحکام کی ٹیکنالوجی تیار کرنے کی کوشش کی، جسے ڈیولپڈ گیس کولنگ کاسٹنگ (DGCC) جدید گیس کولنگ کاسٹنگ طریقہ کہا جاتا ہے۔ اس مطالعے میں، مولڈ شیل کو ہیٹ شیلڈ کے نیچے واقع متعدد نوزلز سے سپرسونک رفتار پر انرٹ گیس کا انجیکشن لگا کر ٹھنڈا کیا گیا تھا۔ متغیر زاویہ نوزلز کا استعمال ایک سے زیادہ کاسٹنگ کے ساتھ ایک پیچیدہ شکل کے خول کی سطح پر غیر فعال گیس کے بہاؤ کو صحیح طریقے سے ہدایت کر سکتا ہے۔ تحقیق سے پتا چلا کہ گیس کولنگ کے استعمال سے کولنگ کی شرح کو بڑھانے اور سنگل کرسٹل بلیڈ پلیٹ فارم پر پرائمری ڈینڈرائٹ آرم اسپیسنگ (PDAS) کو کم کرنے میں مدد ملی ہے برج مین طریقہ میں روایتی ریڈی ایٹو کولنگ کے مقابلے۔ ابتدائی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ڈی جی سی سی گیس کولنگ کاسٹنگ کا طریقہ صنعتی پیمانے پر پیداوار میں استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ ایرو انجنوں کے لیے اعلیٰ معیار کے سنگل کرسٹل سپر الائے بلیڈ تیار کیے جا سکیں۔
CMSX-4 نکل پر مبنی سپراللویز کے ٹیسٹ کاسٹنگ کو معیاری برج مین اور ڈی جی سی سی گیس کولنگ کاسٹنگ کا استعمال کرتے ہوئے سمتی طور پر ٹھوس کیا گیا تاکہ نقلی بلیڈ تیار کیے جا سکیں۔ اس مقصد کے لیے، دو قسم کے ویکس مولڈ اجزاء کو سیرامک مولڈ شیل بنانے کے لیے بنیاد بنایا گیا تھا [Figure 1(f) اور (g)]۔ ویکس مولڈ اسمبلیوں میں 250 ملی میٹر قطر کا کولنگ پلیٹ ماڈل، ایک ڈالنے کا نظام، ایک ڈالنے والا کپ، آٹھ نقلی بلیڈ، اور کرسٹل چننے والے اور لفٹر شامل ہیں۔
بلیڈ رکھے گئے ہیں جیسا کہ شکل 1(f) میں دکھایا گیا ہے۔ اس کے بعد اجزاء کو سیرامک سلری میں ڈبو دیا جاتا ہے، اس کے بعد مولڈ شیل کی پہلی کوٹنگ بنانے کے لیے ایلومینا کے ذرات کو مائع شدہ بستر میں چھڑکایا جاتا ہے۔ Mullite دوسری تہہ میں استعمال کیا گیا تھا. مندرجہ بالا دو مراحل کو کل نو کوٹ حاصل کرنے کے لیے دہرایا گیا، جس کی اوسط موٹائی تقریباً 7 ملی میٹر شیل کی دیوار کے لیے تھی [شکل 1(جی)]۔
موم کا سانچہ مولڈ شیل کے اندر سے پگھل جاتا ہے، جسے پھر 800 ڈگری سیلسیس پر پہلے سے گرم کیا جاتا ہے۔ تیار شدہ مولڈ شیل کو بھٹی میں کولنگ چیمبر کی کولڈ پلیٹ پر انسٹال کریں [شکل 1(b)]۔ سنگل کرسٹل بلیڈ کے دشاتمک استحکام کا پہلا مرحلہ جیٹ کاسٹر ویکیوم انڈکشن پگھلنے والی فرنس میں ڈی جی سی سی گیس کولنگ کاسٹنگ طریقہ سے کیا گیا تھا، اور مولڈ کولنگ کو مضبوط بنانے کے لیے آرگن گیس شامل کی گئی تھی۔ بھٹی ایک حرارتی اور کولنگ چیمبر پر مشتمل ہے، ایک مخصوص رفتار کے ساتھ ایک مولڈ شیل کھینچنے والا نظام، اور اس نظام سے لیس ہے جو کولنگ چیمبر میں غیر فعال گیسوں کو بہا سکتا ہے [شکل 1(a) سے (c)]۔ شیل کو کولنگ پلیٹ پر نصب کیا جاتا ہے اور فرنس کے اندر ہیٹنگ چیمبر میں منتقل کیا جاتا ہے، جسے 125kw کی طاقت کے ساتھ ڈبل زون انڈکشن ہیٹر کا استعمال کرتے ہوئے 1520 ڈگری سیلسیس پر پہلے سے گرم کیا جاتا ہے۔ پھر گرم سانچے کو اسی درجہ حرارت کے CMSX-4 پگھلے ہوئے نکل پر مبنی سپر الائے سے بھرا جاتا ہے اور فرنس کے ہیٹنگ زون سے کولنگ زون تک مختلف شرحوں پر واپس لے لیا جاتا ہے۔ پل آؤٹ سپیڈ اسٹارٹر اور سلیکٹر ریجنز میں 3 ملی میٹر فی منٹ اور بلیڈ ریجن میں 12 ملی میٹر فی منٹ ہے [فگر 1(k)]۔ مسلسل زون میں (سیپریٹر سے بلیڈ تک منتقلی زون)، واپسی کی رفتار آہستہ آہستہ بڑھ جاتی ہے۔
