تاثیر قطر نمونه و سرعت بیرون کشی بر ریزساختار و خواص کششی گرم سوپرآلیاژ PWA 1483 انجماد جهتدار شده

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22034/frj.2019.194045.1094

چکیده

در تحقیق حاضر، ریزساختار و خواص مکانیکی حاصل از انجماد جهت‌دار سوپرآلیاژ ‏PWA 1483‏  در یک ‏کوره بریجمن مطالعه شده است. به این منظور نمونههایی با قطر 13، 33 و 55 میلیمتر در سرعتهای بیرون‌‏کشی 5/1 تا 5/4 میلیمتر بر دقیقه تولید و فاصله بین بازوهای دندریتهای اولیه پس از متالوگرافی نمونه-‏های ریخته شده تعیین شد. مورفولوژی و اندازه اجزاء مختلف ریزساختاری با استفاده از مطالعات ‏میکروسکوپی الکترونی بررسی شد. خواص مکانیکی هر یک از نمونههای ریخته شده پس از عملیات ‏پیرسازی و با استفاده از آزمایش کشش گرم در دمای 850 درجه سانتیگراد ارزیابی شد. نتایج نشان داد که ‏با افزایش سرعت بیرون‌کشی و کاهش قطر نمونه فاصله بین دندریتها کاهش مییابد. ذرات گاما پرایم ‏تشکیل شده در فضای بین دندریتی کوچکتر از رسوبهای تشکیل شده در هسته دندریت بودند. استحکام ‏کششی گرم نمونههای تولید شده با کاهش قطر نمونه و افزایش سرعت بیرون‌کشی افزایش یافت. علاوه بر ‏این، کاهش قطر موجب افزایش انعطاف‌پذیری گرم نمونههای تولیدی شد. با این وجود، با تغییر سرعت ‏بیرون کشی، تغییر محسوسی در انعطافپذیری مشاهده نشد.‏

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Sample Diameter and Withdrawal Rate on Microstructure and Hot ‎Tensile Behavior of ‎Directionally Solidified PWA 1483 Superalloy

نویسندگان [English]

  • Alireza Sanjari 1
  • Mohammad Moazami-Goudarzi 2
  • Alireza Khodabandeh 2
1 M.Sc. Student, Department of Materials Engineering, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Microstructure and mechanical properties of a PWA 1483 superalloy directionally solidified in a Bridgman furnace are investigated. The effects of sample diameter, i.e. 13, 33 and 55 mm, and withdrawal rate, i.e. 1.5, 3 and 4.5 mm/min, on primary dendrite arm spacing were evaluated using standard metallographic techniques. Morphology and size of different microstructural constituents were studied by the scanning electron microscopy. Hot tensile tests at 850 °C was utilized to evaluate the mechanical properties of the heat treated samples. While primary dendrite arm spacing decreased with increasing withdrawal rate, it increased with increasing sample diameter. The cubic gamma prime precipitates formed in the interdendritic region were smaller than those formed in the dendrite core. The hot tensile strength of aged samples increased with reduced sample diameter and increased withdrawal rate. In addition, the reduction of sample diameter resulted in increasing of the hot ductility. However, the tensile ductility did not change significantly with the withdrawal rate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PWA 1483 superalloy
  • Directional Solidification
  • Dendrite arm spacing
  • Gamma prime precipitates
  • hot tensile strength
[1] Spinelli J.E., Rosa D.M., Ferreira I.L., Garcia A., Influence of melt convection on dendritic spacings of downward unsteady-state directionally solidified Al–Cu alloys, Materials Science and Engineering: A, 2004;383(2) 271-82.

[2] Çadırı E., Ulgen A., Günüz M., Directional solidification of the aluminium-copper eutectic alloy, Materials Transactions, 1999, 40(9) 989-96.

[3] فلاح پ.، کبریایی ا.، ورهرام ن.، بررسی اثر رسوب سختی بر ساختار انجماد جهت‌دار یافته سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111، پژوهشنامه ریخته­گری، 1396، 1(2) 109-120.

[4] آنتانسیانس.، شبستریس.، اصغرزادهپ.، بررسی تاثیر عوامل انجمادی بر ویژگی­های ریزساختاری و سختی آلیاژ آلومینیم-آهن تولید شده با فرآیند انجماد جهت­دار در کوره بریجمن، پژوهشنامه ریخته‌گری، 1396، 1(1) 1-8.

[5] Geying A., Lixin L., Dendrite spacing in unidirectionally solidified Al-Cu alloy, Journal of Crystal Growth, 1987, 80(2) 383-92.

[6] Jianfei Z., Xuewei M., et al., Influence of growth rate on microstructural length scales in directionally solidified NiAl-Mo hypo-eutectic alloy, Journal of Metals, 2016, 68, 178-184.

[7] Gündüz M, Çadırlı E., Directional solidification of aluminium–copper alloys, Materials Science and Engineering: A., 2002, 327(2) 167-85.

[8] Lu S.Z., Hunt J.D., A numerical analysis of dendritic and cellular array growth, Journal of Crystal Growth, 1992, 123(1-2) 17-34.

[9] Li L., Overfelt R.A., Influence of directional solidification variables on the cellular and primary dendrite arm spacings of PWA1484, Journal of Materials Science, 2002, 37(16) 3521-3532.

[10] Wang F., Ma D., Mao Y., Bogner S., Bührig-Polaczek A., Influence of the size effect on the microstructures of the DWDS- and Bridgman-solidified single-crystal CMSX-4 superalloy, Metallurgical and Materials Transactions B, 2016, 47(1) 76-84.

[11] Garcıa-Garcia G., Espinoza-Cuadra J., Mancha-Molinar H., Copper content and cooling rate effects over second phase particles behavior in industrial aluminum-silicon alloy, Materials and Design, 2007, 28(2) 428–33.

[12] Jihua C., Juying W., Hongge Y., Bin S., Xueqiang P., Effects of cooling rate and pressure on microstructure and mechanical properties of sub-rapidly solidified Mg-Zn-Sn-Al-Ca alloy, Materials and Design, 2013, 45, 300–307.

[13] Ma D., Wang F., Gou J., Xu W., Single crystal castability and undercoolability of PWA1483 superalloy, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2019.

[14] Xuan W., Du L., et al., Investigation on microstructure and creep properties of nickel based single crystal superalloys PWA1483 during heat treatment under an alternating magnetic field, Materials Science and Engineering A, 2019, 762, 138087.

[15] Siqueira C.A., Cheung N., Garcia A., Solidification thermal parameters affecting the columnar-to-equiaxed transition. Metallurgical and Materials Transactions A, 2002 33(7) 2107-2118.

[16] Lamm M., Singer R.F., The effect of casting conditions on the high-cycle fatigue properties of the single-crystal nickel-base superalloy PWA 1483, Metallurgical and Materials Transactions A, 2007, 38(6) 1177-1183.

[17] Wang F., Ma D., et al., Effect of solidification parameters on the microstructures of superalloy CMSX-6 formed during the downward directional solidification process, Journal of Crystal Growth, 2014, 389, 47-54.

[18] Fu H.Z., Liu L., Progress of directional solidification in processing of advanced materials, Materials Science Forum, 2005, 475-479, 607-612.

[19] Kotval P.S., The microstructure of superalloys, Metallography, 1969, 1(3-4) 251-285.

[20] Sabol G.P., Stickler R., Microstructure of nickel-based superalloys, Physica Status Solidi, 1969, 35(1) 11-52.

[21] Seo S.M., Lee J.H., et al., A comparative study of the γ/γ′ eutectic evolution during the solidification of Ni-base superalloys, Metallurgical and Materials Transactions A, 2011, 42, 3150–3159.

[22] Seo S.M., Kim I.S., et al., Eta phase and boride formation in directionally solidified Ni-base superalloy IN792 + Hf, Metallurgical and Materials Transactions A, 2007, 38, 883–893.

[23] Donachie M.J., Donachie S.J., Superalloys: A Technical Guide, 2nd Edition, ASM International, Materials Park, OH, 2002.

[24] Campbell J., Castings, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, 2003.

[25] Ochoa F., Williams J.J., Chawla N., The effects of cooling rate on microstructure and mechanical behavior of Sn-3.5Ag solder, Journal of Metals, 2003, 55(6) 56-60.