اثر سرعت سردکردن و نگه‌داری‏ زیر صفر عمیق بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ ریختگی ‏IN738LC‏ پس از عملیات حرارتی آنیل انحلالی کامل

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران

10.22034/frj.2019.184978.1081

چکیده

در این تحقیق نمونه‌هایی از جنس سوپر آلیاژ IN738LC  در دمای °C1210 به مدت  5  ساعت محلول­سازی شدند.  نمونه‌ها پس از انحلال در دو محیط هوا و نیتروژن مایع سرد شدند. یکی از نمونه‌های سرد شده در هوا، پس از هم دمایی با محیط به مدت 2 ساعت در نیتروژن مایع نگه‌داری‏ شد. برای بررسی تاثیرات نرخ سردایش بالا و عملیات زیر صفر عمیق روی ریزساختار و سختی، نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون سختی سنجی شناسایی شدند. نتایج مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نرخ سرد کردن رسوبات باقیمانده 'γ کاملا کروی گشته و اندازه و کسر حجمی آنها نسبت به نرخ سردایش پایین‌تر کاهش می‌یابد. عملیات زیر صفر عمیق سبب کاهش اندازه رسوبات تا میزان 117 نانومتر شد. در حالی که سرد شدن در نیتروژن مایع اندازه رسوبات را تا 76 نانومتر کاهش داده بود. این موضوع نشان می‌دهد که سردایش در هوا فرصت رشد را در اختیار رسوبات گذاشته است. با افزایش نرخ سرمایش و نگه‌داری‏ در صفر عمیق سختی نمونه‌ها کاهش یافت به طوری که کمینه سختی مربوط به نمونه نگه‌داری‏ شده در نیتروژن مایع بود. نتایج این تحقیق می‌تواند برای پره‌های جدید پس از ریخته‌گری و همچنین تحت سرویس استفاده شود و به بهبود روند عملیات حرارتی کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Cooling Rate and Cryogenic Treatment on Microstructure and ‎Hardness of IN738LC Cast Superalloy after Full Solution Annealing

نویسندگان [English]

  • Mohsen Samiee 1
  • Seyed Hosein Razavi 2
  • Zahra Sadat Seyedraoufi 3
1 ‎M.Sc. Student, Department of Materials Engineering, Karaj Branch, Islamic Azad University Karaj, Iran. ‎
2 Associate Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran. ‎
3 Assistant Professor, Department of Materials Engineering Karaj Branch, Islamic Azad University Karaj, Iran.
چکیده [English]

In this study, IN738LC super alloy samples were solutionized at 1210 °C for 5 hours. After solutionizing, the samples were cooled in both air and liquid nitrogen. One of the air-cooled samples after reaching the room temperature was stored in liquid nitrogen for 2 hours. To investigate the effects of high cooling rate and sub-zero operations on the microstructure and hardness, the samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and hardness test. Deeper sub-zero operations reduced the size of the sediment to 117 nm. While cooling in liquid nitrogen reduced the size of the sediment to 76 nm. This suggests that the cold weather in the air has provided the opportunity for growth to precipitate. By increasing cooling rate and keep at deep zero, the hardness of the samples decreased, so that the minimum hardness was related to the sample stored in liquid nitrogen. The results of this research can be applied to new blades after casting and also under service and to help improve the heat treatment process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • IN738LC super alloy
  • Solution heat treatment
  • Gama prime Precipitates
  • cooling rate
  • Deep Zero

[1] Colxn H., Roge G.F.C., Gas Turbine Theory, Longman Scientific and Technical, 1987.

[2] Donachei M.J., Donachei S.J. Superalloys: A Technical Guide, Materials Park, OH, ASM International, 2002, 153-160.

[3] Stoloff N.S., Fundamentals of Strengthening Superalloys П, John Wiley & Sons, 1967, 61-96.

[4] Ross E.W., Sims C.T., Nickel-Base Superalloys Superalloys II, John Wiley & Sons, 1987, 97-133.

[6] Shaw S.W.K., Response of IN939 to process variations, superalloys, in Superalloys 1980, (ed. J. K. Tien et al.) ASM, 1980, 275-284.

[7] Delargy K.M., Shaw S.W.K., Smith G.D.W., Effects of heat treatment on mechanical properties of high-chromium nickel-base superalloy IN939, Materials Science and Technology, 1986, 2, 1031-1037.

[8] Svensson I.L., Dunlop G.L., Growth of intergranular creep cavities, International Metals Reviews, 1981, 26(2) 109-131.

[9] Baldan A., Rejuvenation procedures to recover creep properties of nickel-base superalloys by heat treatment and HIP techniques, Journal of Materials Science, 1991, 26(13) 3409-3421.

]10[ شجری ی.، رضوی س.ح.، سیدرئوفی ز.س.، اثر محیط عملیات حرارتی انحلالی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه نیکل IN738LC، پژوهشنامه ریخته‌گری، 1397، 2(3)، 161-179.

]11[ امینی ک.، ناطق س.، سفیعی ع.، رضائیان ا.، تاثیر دمای عملیات زیر صفر بر ساختار و رفتار سایش فولاد سردکار 2304/1، علوم و مهندسی سطح، 1390، 11، 11-24.

[12] Khodabakhshi A., Mashreghi A., Shajari Y., Razavi S. H., Investigation of microstructure properties and quantitative metallography by different etchants in the service-exposed nickel-based superalloy turbine blade, Transactions of the Indian Institute of Metals, 2018, 71(4) 849-859.

[13] E92-16, Standard Test Methods for Vickers Hardness and Knoop Hardness of Metallic Materials, ASTM, Feb 2016.

[14] Tawancy H., Al-Hadhrami L., On the service performance of refurbished turbine blades in a power station, in ASME Turbo Expo 2008: Power for land, sea, and air. 2008. American Society of Mechanical Engineers, 2008.

[15] Wang J., Zhou L., Qin X.Z., Sheng L.Y., Primary MC decomposition and its effects on the rupture behaviors in hot-corrosion resistant Ni-based superalloy K444, Materials Science and Engineering: A, 2012, 553, 14-21.

[16] Monajati H., Jahazi B.M., Bahrami R., Yuec S., The influence of heat treatment conditions on g¢ characteristics in Udimet (R) 720, Materials Science and Engineering: A, 2004, 373 (1–2) 286–293.

[17] Ojo O.A., Richards N.L., Chaturvedi M.C., Contribution of constitutional liquation of gamma prime precipitate to weld HAZ cracking of cast Inconel 738 superalloy, Scripta Materialia, 2004, 12(1) 641–646.

[18] Aiming Y., Yuhua X., Lin L., Effect of cooling rate on the morphology of γ' precipitates in a nickel-base superalloy under directional solidification, Science and Technology of Advanced Materials, 2001, 2(1) 105-107.

[19] Shibata T., et al., Effect of stabilizing treatment on precipitation behavior of alloy 706 superalloys, Procedding of The Minerals, Metals and Materials Society, 1996, 627-636.

[20] Ges A., Fornaro O., Palacio H., Long term coarsening of γ′ precipitates in a Ni-base superalloy, Journal of Materials Science, 1997, 32(14) 3687-3691.

[21] Sims C.T., Stoloff N.S., Hagel W.C., Superalloys II , John Wiley & Sons, Chapter 7, 1987.

[22] Donachie M.J., Donachie S.J., Superalloys: A Technical Guide, 2th Ed., USA, ASM International: Materials Park OH, 2002.

]23[ ساری صراف ا.، دیگران،، بررسی ریزساختاری پارامترهای موثر بر انحلال فاز  γ´در سوپرآلیاژIN738LC ، دومین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی ایران و جامعه ریخته‌گران ایران، کرج، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، 1387.

[24] Saladi S., Menghani J.V., Prakash S., Characterization and evaluation of cyclic hot corrosion resistance of detonation-gun sprayed Ni-5Al coatings on Inconel-718, Journal of Thermal Spray Technology, 2015, 24, 778–788.

[25] DuPont J.N., Lippold J.C., Kiser S.D., Welding Metallurgy and Weldability of Nickel-Base Alloys, John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009.

[26] Baldan A., Rejuvenation procedures to recover creep properties of nickel-base superalloys by heat treatment and hot isostatic pressing techniques, Journal of Materials Science, 1991, 26, 3409-3421.

[27] Betteridge W., Franklin A.W., The effect of heat treatment and structure on the creep and stress rupture properties of Nimonic 80A, Journal of the Institute of Metals, 1975, 85, 473-479.

[28] MacKay R.A., Dreshfield R.L., Maier R.D., Anisotropy of Nickel-base superalloy single crystals, in Proceedings of the 4th International Symposium for Superalloys, Seven Springs, Champion, 1982.

[29] Grosdidier T., Hazotte A., Simon A., Precipitation and dissolution processes in γ/γ′ single crystal nickel-based superalloys, Materials Science and Engineering A, 1998, 256, 183-196.

[30] Mackay R.A., Ebert L.J., Superalloys 1984, Proceedings of 5th International conference on Superalloys, Gell M., AIME, New York, 1984, 135-138.

[31] Mackay R.A., Nathal M.V., in MICON86: Optimization of processing, properties and service performance through microstructure control, ASTM STP 979, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1988, 222-221.

[32] Wangyao P., Krongtong V., Tuengsook P., Hormkrajai W., Panich N., The relationship between reheat-treatment and hardness behaviour of cast nickel superalloy GTD-111, Journal of Material and Mineral, 2006, 16(1) 55-62.

[33] Yun H.S., Park J.S., An S.U., Kim J.M., Effect of heat treatment on the microstructural characteristics of IN738 turbine blade, Materials Science Forum, 2011, 695, 405-408.

[34] Porter D.A., Easterling K.E., Phase Transformations in Metals and Alloys, 2nd ed., CRC Press, Boca Raton, FL. 1992.

[35] Razavi S.H., Mirdamadi Sh., Arabi H., Szpunar J., An Improved Method for Age Hardening of Superalloy, US. Provisional Patent, No. 60/309,610., 2001.

[36] Razavi S.H., Mirdamadi Sh., Szpunar J., Arabi H., Improvement of age Hardening Process of a Nickel-Base Superalloy, IN-738LC, By Induction Aging, Materials Science, 2002, 37, 1461-1471.

]37[ شجری ی.، بررسی اثر شرایط انحلال بر ریزساختار نهایی حاصل از پیرسازی سوپرآلیاژ پایه نیکلIN738LC ، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، 1395.