شركة مكونات مفاعل عالي الحرارة مصنوعة من سبيكة Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) فائقة الصب

التكنولوجيا الأساسية: صب الشمع المفقود بالتفريغ لـ TA15

يتم إنتاج مكونات TA15 باستخدام صب الشمع المفقود بالتفريغ لضمان النزاهة المعدنية والتحكم في الأكسدة. يتم صهر السبيكة وصبها عند درجة حرارة ~1650 درجة مئوية في قوالب قشرة سيراميكية (8-10 طبقات)، مع تسخين القالب مسبقًا عند 1000-1050 درجة مئوية. تضمن معدلات التصلب من 30-70 درجة مئوية/دقيقة تنقية الحبيبات (0.5-2 مم)، وتقليل عيوب الانكماش إلى الحد الأدنى، والقضاء على تلوث طبقة ألفا.

الخصائص المادية لسبيكة TA15

Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) هي سبيكة تيتانيوم شبه ألفا تتميز بمقاومة عالية للأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة وقوة زحف استثنائية. تُستخدم عادةً في الهياكل ذات الأقسام الساخنة لمعدات الفضاء والطاقة. تشمل الخصائص الرئيسية:

يجعل احتفاظ TA15 بقوته في درجات الحرارة المرتفعة منه مثاليًا للمكونات الداخلية للمفاعل، والهياكل الإنشائية، وأجزاء الحماية الحرارية.

دراسة حالة: إنتاج مكونات مفاعل TA15

خلفية المشروع

تطلب مطور طاقة نووية حرارية هياكل سبائك مقاومة للزحف ومكونات فلانش لمفاعل غازي عالي الحرارة معياري (HTGR). تم اختيار TA15 لأدائه طويل الأمد فوق 500 درجة مئوية. لقد قمنا بتسليم مكونات مسبوكة بالتفريغ تلبي مواصفات RCC-M النووية، مع استواء أبعادي يبلغ ±0.05 مم وهيكل حبيبي تم تحسينه من خلال المعالجة الحرارية بعد الصب.

التطبيقات النموذجية للمفاعلات عالية الحرارة

• فلانشات مدخل HTGR: فلانشات TA15 مصممة لتوصيلات دائرة المبرد الأولي في المفاعلات المبردة بالغاز مثل HTR-PM، وتوفر أداءً ممتازًا للتسرب تحت الدورات الحرارية.

• دروع حدود ضغط المفاعل: ألواح TA15 مسبوكة تُستخدم لدعم وحماية المكونات الداخلية للوعاء ضد الإجهاد الحراري والناتج عن النيوترونات.

• مكونات موزع غاز الهيليوم: هياكل مسبوكة مقاومة للأكسدة معرضة لتيارات هيليوم عالية السرعة عند >500 درجة مئوية في قلب نووي مضغوط.

• أطر آلية التعامل مع الوقود: مسبوكات خفيفة الوزن ومستقرة الأبعاد توفر محاذاة دقيقة تحت تدرجات حرارية متغيرة في مناطق التدفق العالي.

تحافظ هذه الأجزاء على الأداء الميكانيكي في بيئات المفاعل التآكلية وعالية الحرارة مع حد أدنى من التشوه على فترات تشغيل طويلة.

حلول التصنيع لمكونات TA15

عملية الصب يتم تشكيل نماذج الشمع ووضعها في قوالب قشرة سيراميكية، ثم صبها بالتفريغ عند ~1650 درجة مئوية. يتم التحكم بإحكام في معدلات تسخين وتبريد القالب لتجنب التمزق الحراري وضمان ملء كامل للأشكال المعقدة.

المعالجة اللاحقة يتم إجراء الضغط متساوي السخونة (HIP) عند ~920 درجة مئوية و 100 ميجا باسكال لتقليل المسامية. يتم تطبيق دورات التقادم والتخمير لتحقيق استقرار البنية المجهرية ألفا لمقاومة الزحف طويلة الأمد.

التشغيل الآلي اللاحق يتم استخدام التشغيل الآلي CNC للفلانشات، وواجهات البراغي، وأسطح التسرب. يتم تطبيق EDM و الحفر العميق لإنتاج قنوات تبريد أو منافذ وصول ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية.

المعالجة السطحية لتحسين مقاومة الأكسدة، قد تخضع أجزاء TA15 للتأكسد الأنودي أو الطلاءات الحرارية العازلة القائمة على السيراميك. يتوفر الرمي بالكرات لزيادة صلادة السطح وعمر التعب.

الاختبار والتفتيش تخضع جميع المكونات لـ اختبارات NDT بالأشعة السينية، و التحقق الأبعادي باستخدام CMM، و اختبار الشد في درجات حرارة مرتفعة، و التفتيش المجهري المعدني لتأكيد البنية المجهرية، وتوجه الحبيبات، واستقرار الطور.

التحديات الأساسية في التصنيع

• تحقيق مسبوكات ذات جدران رقيقة بدون طبقة ألفا أو تشققات انكماش.

• الحفاظ على التفاوتات الأبعادية في الألواح المسبوكة الكبيرة المعرضة للدورات الحرارية.

• ضمان مقاومة الزحف والحماية من الأكسدة خلال عمر تشغيلي يزيد عن 20,000 ساعة.

النتائج والتحقق

• تم التحقق من استواء واستدارة الأبعاد ضمن ±0.05 مم عن طريق المسح ثلاثي الأبعاد باستخدام CMM.

• تم تحقيق مسامية <1٪ بعد HIP، تم تأكيدها عن طريق التفتيش الإشعاعي.

• تم تأكيد مقاومة الزحف ≥180 ميجا باسكال عند 500 درجة مئوية عن طريق الاختبار طويل الأمد.

• تم التحقق من تجانس البنية المجهرية عبر المجهر الإلكتروني الماسح والميتالوغرافيا الضوئية.

الأسئلة الشائعة

1. ما الذي يجعل TA15 مناسبًا للتطبيقات النووية والفضائية عالية الحرارة؟

2. كيف يتم تجنب تكوين طبقة ألفا أثناء صب التيتانيوم؟

3. هل يمكن تخصيص أجزاء TA15 لتصميمات المفاعلات المعيارية مثل HTR-PM أو VHTR؟

4. ما هي قدرات التشغيل الآلي اللاحق المتاحة لمسبوكات TA15؟

5. ما هي معايير الجودة وإجراءات الاختبار المتبعة لمكونات TA15؟