بررسی اثر رسوب سختی بر ریزساختار انجماد جهت‌دار یافته سوپرآلیاژ پایه نیکل ‏GTD-111‎

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، ‏‏دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مواد، پژوهشگاه مواد و انرژی‏، کرج، ایران

3 دانشیار، دانشکده علم و مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران ایران

10.22034/frj.2018.119582.1025

چکیده

سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 به دلیل مقاومت به خوردگی داغ و اکسیداسیون عالی و استحکام مکانیکی مناسب در دمای بالا در ساخت پره­های ردیف اول توربین­های گازی نیروگاهی کاربرد دارد. در این تحقیق تأثیر عملیات همگن­سازی، انحلال جزئی با دو نرخ سرمایش (آب و هوا) و پیرسازی بر ساختار و سختی سوپرآلیاژ جهت­دار شده GTD-111 بررسی شد. به این منظور نمونه استوانه­ای با دانه­بندی جهت­دار به قطر 10 میلیمتر و ارتفاع 40 میلیمتر به روش بریجمن با سرعت کشش قالب 6 میلیمتر بر دقیقه تهیه شد. مشاهدات درشت­ساختاری نمونه جهت­دار، حضور دانه­های کشیده شده در راستای طولی نمونه را به علت اعمال گرادیان دمایی در مذاب تأیید کرد. همچنین بررسی­های ریزساختاری نشان داد که عملیات همگن­سازی باعث انحلال بخشی از رسوبات گاماپرایم اولیه در زمینه شد. بعلاوه، رسوبات گاماپرایم اولیه در نمونه­ سرد شده در آب از دمای انحلال جزئی دارای مورفولوژی کروی و مکعبی با گوشه‌های پخ‌دار و در نمونه سرد شده در هوا بصورت مکعبی گوشه‌دار بود. عملیات پیرسازی نیز به دلیل فوق اشباعیت زمینه از عناصر آلیاژی در حین فرآیند همگن‌سازی و انحلال جزئی، تأثیر عمده‌ای روی جوانه‌زنی و رشد رسوبات گاماپرایم ثانویه داشت که این اثر برای نمونه‌های سرد شده در آب از مرحله انحلال جزئی چشم‌گیرتر بود. نتایج سختی سنجی کاهش میزان سختی را پس از عملیات همگن‌سازی نشان داد. بعد از فرآیند پیرسازی نیز به دلیل بهبود مورفولوژی، اندازه و توزیع رسوبات افزایش سختی در نمونه­ها ملاحظه شد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Durand-Charre M., The microstructure of superalloys, CRC press, 1998.
[2] Sajjadi S. A., Nategh S., Guthrie R. I., Study of microstructure and mechanical properties of high performance Ni-base superalloy GTD-111, Materials Science and Engineering: A, 2002, 325(1) 484-489.
[3] Zhang X., et al., Effect of solidification rate on grain structure evolution during directional solidification of a Ni-based superalloy, Journal of Materials Science & Technology, 2013, 29(9) 879-883.
]4[ قنبری حقیقی م.، شبیه‌سازی عددی و فیزیکی فرآیند انجماد جهت‌دار به روش بریجمن به ‌منظور رشد تک‌بلورسوپر آلیاژ پایه نیکل، پایان نامه دکترا؛ دانشگاه علم و صنعت ایران؛ 1393.
]5[ کرمانپور ا.، مدلسازی و شبیه‌سازی فرآیند انجماد جهت‌دار پره‌های توربین گازی صنعتی، پایان‌نامه دکترا؛ دانشگاه صنعتی شریف؛ 1378.
[6] Miller J. D., Pollock T. M., The effect of processing conditions on heat transfer during directional solidification via the Bridgman and liquid metal cooling processes, Metallurgical and Materials Transactions A, 2014, 45(1) 411-425.
[7] Donachie M.J., Donachie S.J., Superalloys: A Technical Guide, ASM international, 2002.
[8] Sajjadi S. A., Zebarjad S. M., Guthrie R.I.L., Isac M., Microstructure evolution of high-performance Ni-base superalloy GTD-111 with heat treatment parameters, Journal of Materials Processing Technology, 2006, 175(1) 376-381.
[9] Dadkhah A., Kermanpur A., On the precipitation hardening of the directionally solidified GTD-111 Ni-base superalloy: Microstructures and mechanical properties, Materials Science and Engineering: A, 2017, 685, 79-86.
[10] Trexler M., Church B., Sanders T., Determination of the Ni3 (Ti, Al) dissolution boundary in a directionally solidified superalloy, Scripta Materialia, 2006, 55(6) 561-564.
[11] ASTM E92-82, Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, 2003.
[12] Zhou Y., Sun X., Effect of solidification rate on competitive grain growth in directional solidification of a nickel-base superalloy, Science China Technological Sciences, 2012, 55(5) 1327-1334.
]13[ قنبری حقیقی م.، شبستری س.، ابوطالبی م.، بررسی تجربی و عددی ایجاد دانه‌های سرگردان در فرآیند رشد تک بلور سوپرآلیاژ پایه نیکل، مهندسی متالورژی و مواد، 1396، 28(2) 13-26.
]14[ بابائی م.، عباسی م.، قاضی میرسعید م.، مصطفایی م.، اثر قطر قالب بر ساختار انجماد جهت­دار یافته سوپرآلیاژ GTD-111 در روش بریجمن، ریخته‌گری، 1396، 36(114) 2-8.
[15] Zhang Y., Huang Y., Yang L., Li J., Evolution of microstructures at a wide range of solidification cooling rate in a Ni-based superalloy, Journal of Alloys and Compounds, 2013, 570 70-75.
[16] Porter D.A., Easterling K. E., Sherif M., Phase Transformations in Metals and Alloys, CRC Press, 2009.
[17] Masoumi F., Shahriari D., Jahazi M., Cormier J., Devaux A., Kinetics and Mechanisms of γ′ Reprecipitation in a Ni-based Superalloy, Scientific Reports, 2016, 28650.
[18] Mullins W.W., Sekerka R.F., Morphological stability of a particle growing by diffusion or heat flow, Journal of Applied Physics, 1963, 34(2) 323-329.
[19] Doherty R., Role of interfaces in kinetics of internal shape changes, Metal Science, 1982, 16(1) 1-14.
[20] Yoo Y., Morphological instability of spherical γ′ precipitates in a nickel base superalloy, Scripta Materialia, 2005, 53(1) 81-85.
[21] He L.Z., Zheng Q., Sun X.F., Guan H.R., Hu Z.Q., Tieu A.K., Lu C., Zhu H.T., Effect of heat treatment on microstructures and tensile properties of Ni-base superalloy M963, Materials Science and Engineering: A, 2005, 398(1) 128-136.
[22] Jackson M.P., Reed R.C., Heat treatment of UDIMET 720Li: the effect of microstructure on properties, Materials Science and Engineering A, 1999, 259(1) 85-97.