اثر زمان نگهداری مذاب بر رسوبات 'γ و خواص تنش-گسیختگی سوپرآلیاژ Rene 80

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد متالورژی، پژوهشکده مواد، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر

2 استادیار، پژوهشکده مواد، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر

3 دانشیار، پژوهشکده مواد، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر

10.22034/frj.2019.176467.1074

چکیده

در این پژوهش، تأثیر زمان نگه‌داری مذاب (3 و 20 دقیقه) در بوته آلومینایی و در کوره ذوب القایی تحت خلأ (VIM) بر میزان گازها، رسوبات 'γو خواص تنش-گسیختگی آلیاژ بررسی شده است. آنالیز ترکیب شیمیایی و گازهای اکسیژن و نیتروژن و ارزیابی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد و درنهایت رفتار تنش-گسیختگی در دمای 980 درجه سانتی‌گراد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش زمان نگه‌داری مذاب در بوته از 3 به 20 دقیقه، مقدار اکسیژن مذاب در اثر واکنش احیای بوته، از 96 به ppm165 افزایش می‌یابد. همچنین کسر حجمی رسوبات 'γ پس از پیرسازی نهایی به دلیل کاهش آلومینیم در اثر واکنش با اکسیژن و تبخیر آن به میزان 9% ( از 46% به 37%) نسبت به مقدار اولیه کاهش‌یافته و مورفولوژی آنها از تقریباً مکعبی به مکعبی تغییر می‌یابد. نتایج خواص تنش-گسیختگی حاکی از کاهش عمر گسیختگی آلیاژ از 6/22 به 19 ساعت، با افزایش زمان نگه‌داری مذاب است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Melt Holding Time on γ‏'‏‎ Precipitates and Stress Rupture ‎Properties of Rene 80 Superalloy

نویسندگان [English]

  • Saeed Kouhi Faeigh Dehkordi 1
  • Masumeh Seifollahi 2
  • Seyed Mahdi Abbasi 3
  • Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed 1
1 M.Sc., Materials Department, Malek Ashtar University of Technology. ‎
2 Assistant Professor, Materials Department, Malek Ashtar University of Technology. ‎
3 Associate Professor, Materials Department, Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

The purpose of this investigation, is study the effect of melt holding time (3 , 20 min) in vacuum induction melting furnace (VIM) with alumina crucible on the amount of gases, γ' precipitates and stress rupture properties of Rene 80 superalloy. For this purpose, the amount of O, N gasses and chemical composition were analyzed. The microstructure was assessed by scanning electron microscopy (SEM) and stress rupture properties was performed at 980˚C. The results showed that with increasing the melt holding time from 3 to 20 min, γ' volume fraction reduced from 46 to 37% and also, oxygen level of the alloys increased from 79 to 165 ppm because of the alumina reduction. The morphology of γ' changed from semi-cubic to cubic one. The result of mechanical test showed that the stress-rupture life of samples reduced from 22.6 to 19 hours by increasing melt holding time because of reducing γ' volume fraction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Melt holding time
  • VIM furnaces
  • γ' precipitates
  • Stress Rupture properties
  • Rene 80 superalloy

[1] Pridgeon J.W., Superalloys Source Book, American Society for Metals, 1984.

[2] Deker R.F., Strengthening mechanisms in nickel base superalloys, Symposium Steel Strengthening Mechanisms, 1970, 147-170.

[3] Donachie M.J., Donachie S.J., Superalloys a technical guide, ASM International, second Edition, 2002.

[4] Yang C., Xu Y., Nie H., Effects of heat treatments on the microstructure and mechanical properties of rene80, Materials and Design, 2013, 43, 66-73.

[5] Shamblen C.E., Chang D.R., Corrado J.A., Superalloy melting and cleanliness evaluation, General Electric Company, 1984, 509-520

[6] Qifan You Q. Yuan H., Zhao L., Li J., Ding X., Removal of inclusions from nickel-based superalloy by induced directional solidification during electron beam smelting, Vacuum, 2018, 156, 39-47.

[7] Gusching D., Inclusions in vacuum induction melted nickel base alloys, Department of Metallurgical Engineering, PHD Thesis, University of Arizona, 1981.

[8] Kuang J.P., Harding R.A., Campbell J., A study of refractories as crucible and mould materials for melting and casting γ-TiAl alloys, International Journal of Cast Metals Research, 2001, 1364-0461.

[9] Yin F.S., Sun X.F. and Li G., Effects of melt treatment on the cast structure of M963 superalloy, Scripta Materialia, 2003, 48, 425-429.

[10] Zou M.M., soton J., Li B., Effect of melt overheating history on the microstructure of Ni-base single crystal superalloy, Advanced Materials Research, 2011, 217, 692-696.

[11] Zhongye P., Minoghan Z., Yanwen T., Effect of melt superheating treatment on the cast structure of K465 nickel based superalloy, School of  Material and Metaliogy, 2009, 28, 193-196.

[12] Yin F.S., Zheng Q. and Sun X.F., Effect of melt treatment on carbides formation in a cast Nickel-base superalloy M963, Journal of Materials Processing Technology, 2007, 183, 440-444.

[13] Li G., Bo C., Yang Y., Du Z., Kui L., Effect of N Content on Microsegregation, Microstructure and Mechanical Property of Cast Ni-base Superalloy K417G, Materials Science and Engineering A, 2017, 701, 20-26.

[14] ماهرویی م.، بررسی تأثیر میزان خلأ و مدت زمان نگه‌داری بر واکنش‌های مذاب و بوته و کاهش اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن و کربن فولاد پرآلیاژ نیکل-تنگستن در کوره VIM، پایان نامه کارشناسی ارشد،‌ دانشگاه سمنان، 1387.

[15] ملاکی‌فرد م.، بررسی اثر میزان خلأ و مدت زمان نگه‌داری در آلیاژسازی تحت خلأ فولاد ماریجینگ T300 و تأثیر آنها بر خواص مکانیکی، پایان نامه کارشناسی ارشد،‌ دانشگاه علم و صنعت ایران، 1385.

[16] Bian W., Zhang H., Gao M., Li Q., Li J., Tao T., Zhang H., Influence of yttrium and vacuum degree on the purification of K417 superalloy, Vacuum, 2018, 152, 57-64.

[17] Safari J., Nategh S., On the heat treatment of Rene 80 nickel base superalloy, Journal of Materials Processing Technology, 2006, 176, 240-250. 

[18] ASTM E407-99, Standard practice for microetching metals and alloys, ASTM International.

[19] ASTM E963-95, Standard practice for electrolytic extraction of phases from Ni and Ni-Fe base superalloys using a hydrochloric-methanol electrolyte, ASTM International.

[20] ASTM E21, Standard test methods for tension testing metallic materials, ASTM International.

[21] AMS-C50TF28, Airospace Materials Society.

[22] Gusching D., Inclusions in vacuum induction melted nickel base alloys, PHD Thesis, University of Arizona, 1981.

[23] Tan X.P., Liu J.L., Song X.P., Measurement of γˊ/γ lattice misfit and γˊ volume fraction for a Ru-containing nickel based single crystal superalloy, Journal of Material Society Technology, 2011, 27, 899-905.

[24] Sinha O.P., Chatterjee M., Jha S.N., Effect of residual elements on high performance nickel base superalloys for gas turbine and strategies for manufacture, Indian Academy of Sciences, 2005, 28, 379-382.