صحت سے متعلق کنٹرول کا فن: ٹربائن بلیڈ کی آئسوتھرمل فورجنگ اور کوالٹی اشورینس
TiAl الائے کی محدود تھرمو پلاسٹکٹی کی وجہ سے، اسے اعلی درجہ حرارت اور بہت کم تناؤ کی شرح پر جعلی بنانے کی ضرورت ہے۔ Isothermal فورجنگ کا سامان نسبتا isothermal ماحول اور سست تناؤ کی شرح فراہم کرسکتا ہے۔ روایتی TiAl بلیڈ فورجنگ کا عمل مندرجہ ذیل ہے: کاسٹنگ بلیٹ یا ایکسٹروڈڈ بار کو جزوی طور پر فورجنگ بلیٹ میں جعلسازی کی جاتی ہے، اور پھر مزید پری فورجنگ میں تیار کی جاتی ہے، اور بلیڈ کو پری فورجنگ اور فائنل فورجنگ کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے۔ اس طرح، جرمن Rolls-Royce BR715 HPC بلیڈ کو 3-اسٹیپ آئسوتھرمل فورجنگ کے ذریعے بنایا گیا ہے، اور آخری حصہ ہیٹ ٹریٹمنٹ اور مشیننگ کے ذریعے تیار کیا گیا ہے (شکل 1)۔
تصویر 1 بلیڈ فورجنگ کے مراحل (a) اور مشینی بلیڈ (b)
تصویر میں دکھائے گئے بلیڈ۔ 2 ہیں Ti45AL8NB0.65 (B,C) کمپریسر بلیڈ جو تھیسن کمپنی نے رولز رائس کے لیے تیار کیے ہیں جو تصویر میں دکھائے گئے راستے کا استعمال کرتے ہوئے ہیں۔ 2a، جس میں بہترین اعلی درجہ حرارت کی طاقت ہے۔ 2016 میں، MTU نے اعلان کیا کہ جعلی TNM کم پریشر ٹربائن بلیڈ A320 ہوائی جہاز کے PW1100G-JM انجن پر لگایا گیا تھا، اور اس نے اپنی پہلی پرواز مکمل کر لی ہے۔ جعلی TiAl الائے بلیڈز بہترین اطلاق کے امکانات دکھاتے ہیں، اور 2015، 10،000 جعلی TNM الائے بلیڈ PW1100G انجنوں کے لیے جمع کیے گئے ہیں۔ TNM مرکب اچھی گرم کام کرنے والی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے، اور مثالی مائیکرو اسٹرکچر اور جامع مکینیکل خصوصیات کاسٹنگ بلیٹ فورجنگ اور بعد میں ہیٹ ٹریٹمنٹ کے ذریعے حاصل کی جاتی ہیں۔
تصویر.2 Ti45Al8Nb کے بلیڈ
پیداواری کارکردگی کو بڑھانے کے لیے، ایکسٹروشن-شارٹ بار بلٹ کو براہ راست Ti-45Al-5Nb-0.2B-0.2C(TNB-V4) میں جعل سازی کی گئی تھی۔ Rolls-Royce E3E ٹیسٹ انجن کے الائے HPC بلیڈ۔ پیداوار کو مزید بڑھانے اور اسے زیادہ کفایتی بنانے کے لیے، بلیڈ کے متعدد پرزوں (خاص طور پر چھوٹے کمپریسر بلیڈ) کو ایک ساتھ بنانے کے لیے ایک ڈائی ڈیزائن کیا گیا تھا۔ 30 ایک جیسی گہاوں کو Φ600 ملی میٹر کے قطر کے ساتھ مولیبڈینم ڈسک پر مشین بنایا گیا تھا۔ پریس کے باہر، لوئر ڈائی پرفارم پارٹس سے بھری ہوئی ہے، اور پوری ڈائی اور خالی کو پریس چیمبر میں رکھا جاتا ہے اور آئسو تھرمل فورجنگ کے لیے فورجنگ درجہ حرارت پر گرم کیا جاتا ہے۔ اس طریقہ کے ساتھ، ایک وقت میں 30 بلیڈ جعلی بنائے جا سکتے ہیں (شکل 3)۔
تصویر 3. متعدد پہلے سے جعلی حصوں (a) اور جعل سازی کے بعد بلیڈ کے ساتھ مریں (b)
اگرچہ آئسوتھرمل فورجنگ TiAl بلیڈ کی مشکل تشکیل کے مسئلے کو مؤثر طریقے سے حل کر سکتی ہے، کیونکہ مولڈ اور فورجنگ کو 1150 ڈگری تک گرم کیا جاتا ہے، طویل مدتی فورجنگ کے عمل میں حصوں کے درجہ حرارت کے نقصان کو روکنے کے لیے، سڑنا مولبڈینم مرکب سے بنا ہے۔ اعلی گرمی مزاحمت کے ساتھ. مولڈ مواد کو آکسیکرن سے بچانے کے لیے، فورجنگ چیمبر میں ویکیوم یا غیر فعال گیس کی ضرورت ہوتی ہے۔ PW1134G انجن کا TNM الائے لو پریشر ٹربائن بلیڈ بھی مولیبڈینم الائے مولڈ کے ساتھ ویکیوم آئسو تھرمل ڈائی فورجنگ کے ذریعے بنایا گیا ہے۔ جرمن GKSS ریسرچ سنٹر نے ڈائریکٹ مشیننگ کے لیے encased extruded TNB الائے کا استعمال کیا یا ہائی پریشر کمپریسر TiAl الائے بلیڈ بنانے کے لیے isothermal فورجنگ کے ساتھ ملایا، جو ہائی پریشر کمپریسر TiAl الائے بلیڈ کی تیاری کا بنیادی طریقہ بن گیا۔
TETSUI T ET al. ایک نیا TiAl الائے ایجاد کیا، جسے Ti-42Al-5Mn(%، بڑے پیمانے پر حصہ) میں تقسیم کیا گیا ہے۔ مینوفیکچرنگ کے عمل میں روایتی ہاٹ پروسیسنگ کا استعمال کیا جاتا ہے، جس میں انگوٹ کو ہیٹ ٹریٹمنٹ کے لیے 1300 ڈگری سینٹی گریڈ پر گرم کیا جاتا ہے اور جعل سازی یا رولنگ کے لیے تقریباً 1200 ڈگری سینٹی گریڈ پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے، جیسا کہ شکل 12 میں دکھایا گیا ہے۔ مشینی طریقہ کار عام ہاٹ ڈائی جیسا ہی ہے۔ فورجنگ بنانے کا طریقہ، لہذا بلیڈ مینوفیکچرنگ کا عمل بار کے گرم اخراج کے عمل کو کم کرتا ہے، نمایاں طور پر کم کرتا ہے لاگت، اور بڑے اجزاء تیار کر سکتے ہیں. جعلی بلیڈ میں بہت باریک مائیکرو اسٹرکچر ہوتا ہے، جو درمیانے اور کم درجہ حرارت پر تناؤ کی طاقت کو بہت زیادہ بناتا ہے۔ تاہم، مرحلے کے اثر و رسوخ کی وجہ سے، اس مرکب کی اعلی درجہ حرارت کی طاقت نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے، جو طویل مدتی اعلی درجہ حرارت والے حصوں جیسے ٹربو چارجرز کے لیے استعمال کرنا مشکل ہے، اور یہ کم درجہ حرارت یا قلیل مدتی اعلی درجہ حرارت کے بلیڈ کے لیے زیادہ موزوں ہے۔ حصے
تصویر 4 مٹسوبشی ہیوی انڈسٹریز کے ذریعے تیار کردہ TiAl الائے بلیڈ
(a) اور ان کی خصوصیات (b)
TiAl الائے بلیڈ کے آئیسو تھرمل ڈائی فورجنگ کے عمل کا ملٹی سٹیپ سمولیشن فائنائٹ ایلیمنٹ سمولیشن کے ذریعے کیا جاتا ہے، جو مادی ریولوجی قانون میں مؤثر طریقے سے مہارت حاصل کر سکتا ہے، عمل کے پیرامیٹرز کے اثر و رسوخ کا تجزیہ کر سکتا ہے، عمل کو بہتر بنا سکتا ہے اور ڈائی ڈیزائن بنا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، محدود عنصر کا تخروپن نہ صرف پیداواری دور کو مختصر کر سکتا ہے اور لاگت کو کم کر سکتا ہے، بلکہ TiAl الائے بلیڈ کے فورجنگ فارمنگ قانون کے علم کو گہرا کرنے اور بلیڈ کی تشکیل کے عمل کو بہتر بنانے کے لیے اہم رہنمائی اہمیت رکھتا ہے۔ Xin Jingjing et al. ہائی Nb-TiAl الائے بلیڈ کے آئسو تھرمل فورجنگ کے عمل کی تقلید کے لیے ڈیفارم-3ڈی فائنائٹ عنصر سافٹ ویئر کا استعمال کیا، اور مندرجہ ذیل نتیجے پر پہنچے: آئسو تھرمل فورجنگ میں بلیڈ کے جسم اور بلیڈ کے ٹینن کے مساوی تناؤ کی تقسیم یکساں ہے، اور اوپری ڈائی کمپریشن کی رفتار اور پہلے سے گرم ہونے والے درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ، درمیانی موثر قوت اس دوران کم ہو جاتی ہے۔ اخترتی، جو کہ متحرک recrystallization کی موجودگی کے لیے سازگار ہے۔ Nb-TiAl الائے بلیڈ کے فورجنگ کوالٹی کو اس وقت بہتر بنایا جا سکتا ہے جب اوپری ڈائی کی دبانے کی رفتار 10 ~ 1.5 mm·s-1 اور پری ہیٹنگ کا درجہ حرارت 1250 ~ 13 ہو 00 ڈگری۔ گوان ہانگ وغیرہ۔ Ti-46Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni بلیڈ isothermal فورجنگ بنایا گیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ پری فورجنگ اور فائنل فورجنگ کے ساتھ مل کر TiAl الائے کی isothermal فورجنگ ممکن ہے۔ ٹائل الائے کا حرارتی درجہ حرارت 1200 ~ 1250 ڈگری ہے، اور نمونے کو کیسنگ کے ذریعے محفوظ کیا جانا چاہیے تاکہ منتقلی کے عمل کے دوران درجہ حرارت کو بہت تیزی سے گرنے سے روکا جا سکے۔ اخترتی کی شرح 0.02 ~ 0.07mm ·s-1 ہے، اور اخترتی کو 20% ~ 40% پر کنٹرول کیا جاتا ہے۔ حال ہی میں، ہماری ٹیم اور اے وی آئی سی پاور کمپنی، لمیٹڈ نے مشترکہ طور پر نقلی اور جانچ کی تصدیق کو یکجا کرنے کا طریقہ اپنایا، ڈیفارم-3ڈی فائنیٹ ایلیمینٹ سمولیشن سافٹ ویئر کے ذریعے پروسیس کے مناسب پیرامیٹرز حاصل کیے، اور قریب کے آئیسو تھرمل فورجنگ کے ذریعے TNM الائے بلیڈ تیار کیے Ni3Al مولڈ (FIG. 5) کا استعمال کرتے ہوئے ٹیکنالوجی، بلیڈ کے مختلف کراس سیکشن پروفائلز کا موازنہ۔ آئیسوتھرمل فورجنگ کے عمل کی پیشین گوئی کی درستگی محدود عنصر کے تخروپن کے ذریعہ 90٪ سے زیادہ ہوسکتی ہے۔ روایتی (ویکیوم) isothermal فورجنگ کے عمل کے مقابلے میں، اس میں اعلی کارکردگی، کوئی ویکیوم، آسان صحت سے متعلق شکل کنٹرول اور کم عمل کی لاگت کے فوائد ہیں۔
تصویر 5 نقلی (a) اور اصل (b) قریب-آسوتھرمل جعلی بلیڈ
کم درجہ حرارت پر TiAl الائے کی فورجنگ کارکردگی کو دریافت کرنے کے لیے، WANG X et al اور ZHANG H et al نے کم درجہ حرارت پر ہائی Nb مواد TiAl الائے بلیڈ کے isothermal ڈائی فورجنگ کے عمل کا تجزیہ کرنے کے لیے محدود عنصر کا طریقہ استعمال کیا، اور کامیابی سے ہائی NB تیار کیا۔ اعلی سطح کے معیار اور کارکردگی کے ساتھ tial مصر دات بلیڈ (تصویر 6)۔ TiAl الائے بلیڈ کی تشکیل کے عمل کے دوران، بلیڈ کے فولڈنگ نقائص کو روکا جا سکتا ہے اور پہلے سے بنائے گئے حصے کی شکل اور سائز کو بہتر بنا کر بلیڈ کی تشکیل کی قوت کو کم کیا جا سکتا ہے۔ جب درجہ حرارت 1000 ڈگری سے کم ہوتا ہے، تو فورجنگ درجہ حرارت اور تناؤ کی شرح کا آئسوتھرمل ڈائی فورجنگ سے بنے بلیڈ کے موثر تناؤ کی حتمی تقسیم پر بہت کم اثر پڑتا ہے۔ فورجنگ درجہ حرارت میں اضافے اور تناؤ کی شرح میں کمی کے ساتھ، فورجنگ بلیڈ کا حتمی مؤثر تناؤ کم ہو جاتا ہے اور اس کی تقسیم آہستہ آہستہ یکساں ہو جاتی ہے۔ اعلی Nb-TiAl الائے بلیڈ کو 0.01 mm·s-1 سے کم تناؤ کی شرح اور 950 ڈگری سے کم درجہ حرارت پر کامیابی کے ساتھ تیار کیا گیا تھا، اور بلیڈ پر کوئی میکروسکوپک دراڑ نہیں بنی تھی۔ اسی وقت، ہاربن انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی نے پہلا ویکیوم آئسو تھرمل ہاٹ پروسیسنگ کا سامان تیار کیا ہے جو ویکیوم آئسو تھرمل فورجنگ اور آئسو تھرمل اخراج کے افعال کو سمجھ سکتا ہے، اور اسے TiAl الائے آئسو تھرمل فورجنگ حصوں کی تیاری میں استعمال کیا گیا ہے۔ اس ڈیوائس کو نہ صرف TiAl الائے کی آئسوتھرمل ڈیفارمیشن کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، بلکہ پاؤڈر سپر الائے ڈسک کے اجزاء کی تیاری میں بھی اس کی ایپلی کیشن کی اہمیت ہے۔
تصویر 6 ہائی Nb-TiAl الائے بلیڈ جو کم درجہ حرارت کے آئیسو تھرمل ڈائی فورجنگ کے عمل سے تیار کیا گیا ہے۔
TETSUI T ET al. ایک نیا TiAl الائے ایجاد کیا، جسے Ti-42Al-5Mn(%، بڑے پیمانے پر حصہ) میں تقسیم کیا گیا ہے۔ مینوفیکچرنگ کے عمل میں روایتی ہاٹ پروسیسنگ کا استعمال کیا جاتا ہے، جس میں انگوٹ کو ہیٹ ٹریٹمنٹ کے لیے 1300 ڈگری سینٹی گریڈ پر گرم کیا جاتا ہے اور جعل سازی یا رولنگ کے لیے تقریباً 1200 ڈگری سینٹی گریڈ پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے، جیسا کہ شکل 12 میں دکھایا گیا ہے۔ مشینی طریقہ کار عام ہاٹ ڈائی جیسا ہی ہے۔ فورجنگ بنانے کا طریقہ، لہذا بلیڈ مینوفیکچرنگ کا عمل بار کے گرم اخراج کے عمل کو کم کرتا ہے، نمایاں طور پر کم کرتا ہے لاگت، اور بڑے اجزاء تیار کر سکتے ہیں. جعلی بلیڈ میں بہت باریک مائیکرو اسٹرکچر ہوتا ہے، جو درمیانے اور کم درجہ حرارت پر تناؤ کی طاقت کو بہت زیادہ بناتا ہے۔ تاہم، مرحلے کے اثر و رسوخ کی وجہ سے، اس مرکب کی اعلی درجہ حرارت کی طاقت نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے، جو طویل مدتی اعلی درجہ حرارت والے حصوں جیسے ٹربو چارجرز کے لیے استعمال کرنا مشکل ہے، اور یہ کم درجہ حرارت یا قلیل مدتی اعلی درجہ حرارت کے بلیڈ کے لیے زیادہ موزوں ہے۔ حصے
