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Jul 11, 2023

왕관의 보석: 롤

주조는 가장 오래되고 기본적인 금속 가공 방법 중 하나입니다. 가능하다면

주조는 가장 오래되고 기본적인 금속 가공 방법 중 하나입니다. 금속을 녹일 만큼 뜨거운 불을 피우고, 금속을 녹일 도가니와 열을 견딜 수 있는 주형을 제작할 수 있다면 복잡한 금속 형태를 주조할 수 있습니다. 우리는 수천년 동안 그 일을 해왔습니다. 가장 오래 알려진 주조품은 6,000년 전 메소포타미아에서 만들어진 구리 개구리입니다. 고대 그리스의 빛나는 대리석 조각품 중 상당수는 사실 청동으로 주조된 원본의 최신 로마 사본입니다. 시칠리아 앞바다에서 발견된 그리스 전사의 리아케 청동기와 같이 살아남은 소수의 원본은 믿을 수 없을 만큼 정교하고 정교함을 보여줍니다. 오래전에 죽은 금속 전문가들이 달성한 세부 수준입니다.

그러나 이 가장 오래된 기술은 오늘날에도 여전히 사용되고 있으며 실제로 여전히 개발 중입니다. 가장 최근의 구현은 틀림없이 금속 분야에서 수행된 가장 진보된 절차이며 현대 세계의 상징적인 활동 중 하나인 일상적인 항공 여행에 필수적입니다. 이 제품은 Rotherham에 있는 Sheffield University의 Advanced Manufacturing Research Center 근처에 건설된 시설 목적인 Rolls-Royce Advanced Blade Casting Facility(ABCF)의 영국의 역사적인 금속 가공 중심지인 Sheffield에 있습니다.

ABCF가 생산하는 부품은 대부분의 사람들이 볼 수 있는 부품이 아닙니다. 바로 제트 엔진의 가장 뜨거운 부분에 숨겨져 있는 터빈 블레이드입니다. 그리스 청동의 장식적인 광채와는 달리, 이 청동은 실용적인 외관과 형태 및 기능의 복잡성, 보석과 같은 내부 완벽함을 결합합니다. 무게는 약 300g에 불과하고 손바닥에 쏙 들어올 만큼 작으며 실제로는 완벽한 단일 제품입니다. 제트 엔진에서 가장 빠르게 움직이는 부분의 지옥 같은 조건에서 작동하도록 수년에 걸쳐 구성이 미세 조정된 금속 합금 결정입니다.

롤스로이스의 재료 담당 책임자인 닐 글로버(Neil Glover)는 “제트 엔진이 탄생할 당시 프랭크 휘틀 경의 프로토타입은 전부 강철로 만들어졌습니다.”라고 말했습니다. "강철은 강도와 ​​표면 경도가 뛰어나지만 고온 성능이 필요한 경우 실제로는 그리 좋지 않습니다. 450~500°C가 한계입니다."

이 재료의 부적합으로 인해 온도에 더 잘 견디는 재료를 찾게 되었고 제트기 제조사들은 니켈 합금으로 눈을 돌렸습니다. 상대적으로 풍부하고 호주에 매장량이 많고 가격이 저렴한 니켈은 1,728K(1,455°C)에서 녹고 부식에 강합니다. 이 두 가지 특성은 제트 엔진 내부에서 작동하는 부품에 대한 귀중한 특성입니다. 더욱 중요한 것은 합금을 형성하는 능력과 이러한 합금 중 하나(니켈이 알루미늄과 결합하여 고온에서 강도를 유지하는 감마 프라임으로 알려진 화합물)의 특정 특성입니다. "강철이나 심지어 티타늄의 경우 녹는점의 40~50%에 도달하면 강도가 급격히 떨어집니다."라고 Glover는 말했습니다. "니켈 합금은 녹는점의 최대 85%까지 강도를 유지합니다.

그리고 엔진 제조업체는 이 특성을 최대한 활용합니다. 제트 엔진은 연소실 밖으로 팽창하는 뜨거운 가스의 흐름에 따라 회전하는 터빈 블레이드를 고압의 공기를 엔진에 밀어넣는 압축기 블레이드와 동일한 샤프트에 배치하여 작동합니다. 그래서 엔진 뒤쪽에는 다소 냉각된 가스 기류에서 작동하는 저압 터빈 블레이드가 엔진 앞쪽에 있는 대형 팬 블레이드와 동일한 축에 위치하여 공기를 가속시켜 엔진의 추력. 이 샤프트는 더 짧고 더 넓은 중압(IP) 샤프트의 중앙을 통과하며, 후면에는 터빈 블레이드가 있고 전면에는 압축기 블레이드가 있습니다. 외부에는 공기를 연소실 자체로 밀어넣는 압축기를 작동시키는 고압 샤프트가 있습니다. 연소실은 환형이며 배기 가스의 흐름을 제어하는 ​​배출 링이 뒤쪽에 있으며 여기에 단결정 블레이드가 있습니다. 연소되어 나온 신선한 가스의 온도는 약 1,700°C입니다. 샤프트는 12,000rpm을 초과하는 속도로 회전합니다.