تاثیر عملیات سردکاری بر جوانسازی پره توربین گازی کارکرده از جنس IN738LC

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشجو دکتری، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران‏

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

4 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران. ‏

10.22034/frj.2019.199660.1099

چکیده

 در تحقیق حاضر، پره مستعمل توربین گازی پس از 80000 ساعت سرویس‌دهی مورد جوان‌سازی قرار گرفت. در این گزارش، اثر سرد کردن در نیتروژن مایع و عملیات سردکاری پس از دو مرحله انحلال کامل و ناقص مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری به‌وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که افزایش سرعت سرد کردن در انحلال کامل منجر به کاهش اندازه و درصد حجمی رسوبات γ´ پس از پیرسازی می‌شود، درحالی‌که اثر سردکاری در این مرحله کمتر از سرعت سرد کردن بود. اثر سرعت سرد کردن بالا در انحلال ناقص، کاهش کسر حجمی رسوبات پس از پیرسازی در مقایسه با اثر مشابه در انحلال کامل بود. سردکاری در انحلال ناقص کسر حجمی رسوبات ثانویه را افزایش و اندازه آن­ها را تا nm230 افزایش داد. نرخ سردکردن بالا از انحلال ناقص منجر به بیشینه سختی پس از پیرسازی و نرخ سرد کردن بالا از انحلال کامل منجر به کمینه سختی پس از پیرسازی شد.

کلیدواژه‌ها


[1] Shademani M., Rahimipour M R., Sedaghat A., Farvizi M., Determination of Solution temperature in an ex-service Ni-based turbine blade, Journal of Advanced Materials and Processing, 2017, 4(3) 66-72.

[2] Wang B., Wang C., Shi D., Yang X., Li Z., Assessment of microstructure and property of a service exposed turbine blade made of K417 superalloy, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, 231.

[3] Tsukada Y., Murata Y., Koyama T., Miura N., Kondo Y., Creep deformation and rafting in nickel-based superalloys simulated by the phase-field method using classical flow and creep theories, Acta Materialia, 2011, 59(16) 6378-6386.

[4] Wangyao P., Zrnik J., Mamuzic I., Polsilapa S., Klaijumrang S., Restoration and thermal stability investigation of intermetllic phase in exposed nickel base superalloy Udimet 500 turbine blades, Metallurgija, 2007, 46, 195-199.

[5] Yu Z.Y., Yue Z.F., Cao W., Wang X.M., Review of rafting in nickel-based single crystal superalloy, Solid State Phenomena, 2017, 263, 41-49.

[6] Shademani M.A., Sedaghat A.H.Z., Rahimipour M.R., Farvizi M., Effect of aging heat treatment on the microstructure and hardness of a serviced ZHS32 superalloy, Micro & Nano Letters, 2019, 14(2) 186-190.

]7[ کریمی ا.، یارمحمد توسکی ح.، برجسته م.م.، نوری م.، کریمی یزدی م.ح.، تخمین عمر باقیمانده خزشی پره‌های توربین گازی‎ ساخته شده از سوپرآلیاژ پایه نیکل ‏IN792‎، نشریه پژوهشی مهندسی مکانیک ایران، 1395،  18(3)(44) 6-18.

[9] Balikci E., Mirshams R.A., Raman A., Fracture behavior of superalloy IN738LC with various precipitate microstructures, Materials Science and Engineering: A, 1999, 265 (1–2) 50-62.

[10] James A., Review of rejuvenation process for nickel base superalloys, Materials Science and Technology, 2001, 17(5) 481-486.

[11] Nguyen L., Shi R., Wang M., De Graef Y., Quantification of rafting of γ′ precipitates in Ni-based superalloys, Acta Materialia, 2016, 103, 322-333.

[12] Kamaraj M., Rafting in single crystal nickel-base superalloys – An overview, Sadhana, 2003, 28 (1-2) 115–128.

]13[ شجری ی.، رضوی س ح.، تأثیر دمای انحلالی عملیات حرارتی جوان‌سازی بر پایداری رسوبات g' در سوپرآلیاژ پایه نیکل IN738LC حین حرارت دهی بلند مدت، پنجمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شیراز، آبان ماه، 1395.

]14[ مهدی‌زاده مهرجو پ.، همتی س ج.، تمدید عمر پره‌های مستعمل توربین با اعمال فشار هیدرواستاتیک گرم، دو فصلنامه علمی پژوهشی ساخت و تولید ایران، 1396، 4(2) 39-50.

[15] Hosseini S.S., Nategh S., Ekrami A.A., Changes of γ′ precipitate characteristics in damaged superalloy IN738LC during different stages of rejuvenation heat treatment cycles, Materials Science and Technology, 2012, 28(2) 213-219.

[16] Hosseini S.S., Nategh S., Ekrami A.A., Microstructural evolution in damaged IN738LC alloy during various steps of rejuvenation heat treatments, Journal of Alloys and Compounds, 2012, 512(1) 340-350.

[17] Arabi H., Rastegari S., Mirhosseini M., B. Sadeghi M., Effect of cooling rates from partial solution temperature and aging on C9 precipitation in IN792 superalloy, Materials Science and Technology, 2013, 29(12) 1513-1517.

[18] Sajjadi S.A., Elahifar H.R., Farhangi H., Effects of cooling rate on the microstructure and mechanical properties of the Ni-base superalloy UDIMET 500, Journal of Alloys and Compounds, 2008, 455(1) 215-220.

[19] Gao S., Hou J.S., Dong K.X., Zhou L.Z., Influences of cooling rate after solution treatment on microstructural evolution and mechanical properties of superalloy Rene 80, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2017, 30(3) 261-271.

]20[ شجری ی.، رضوی س ح.، تأثیر دما و زمان انحلال بر کسر حجمی و اندازه نانو رسوبات g¢ در یک سوپرآلیاژ پایه نیکل، پنجمین کنفرانس بین المللی مهندسی مواد و متالورژی iMat، دانشگاه شیراز، آبان‌ماه، 1395.

]21[ 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.

[22] Mirhosseini M., Miladi Y.,Arabi H., Rastegari  S., Effect of cooling rates from solution temperature on microstructure and tensile properties of superalloy IN792, 9th Iranian Seminar on Surface Engineering, 2007.

]23[ پایدار ح.، امینی ک.، اخباری‌زاده ا.، نجفیان م.، بررسی تاثیر عملیات زیر صفر عمیق بر ریزساختار و مقاومت سایش فولاد کم آلیاژ 100Cr6، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، 1392، 7(3) 11-20.

]24[ امینی ک.، ناطق س.، شفیعی ع.، رضائیان ا.، تاثیردمای عملیات زیرصفر بر ساختار و رفتار سایش فولاد سردکار 2304/1، نشریه علوم و مهندسی سطح، 1390، 11، 11-24.

[25] Park D.H., Choi S.W., Kim J.H., Lee J.M., Cryogenic mechanical behavior of 5000- and 6000-series aluminum alloys, Issues on application to offshore plants, Cryogenics, 2015, 68, 44-58.

[26] Steier V.F., Ashiuchi E S., Reibig L., Araújo J.A., Effect of a deep cryogenic treatment on wear and microstructure of a 6101 aluminum alloy, Advances in Materials Science and Engineering, 2016, 1-12.

[27] Vahdat S.E., Seyedi-Niaki K., Mechanism of precipitation of carbides during deep cryogenic processing in 1.2542 tool steel, Materials Today Proceedings, 2015, 2(4-5) 1859-1867.

[28] Nazarian H., Krol M., Pawlyta M., Vahdat S E., Effect of sub-zero treatment on fatigue strength of aluminum 2024, Materials Science and Engineering: A, 2018, 710, 38-46.

[29] 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.

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

]31[ خدابخشی ا.ح.، بررسی تأثیر سیکل عملیات حرارتی جوان‌سازی بر ریزساختار پره توربین مستعمل از جنس IN738-LC، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه یزد، 1393.

]32[ شجری ی.، رضوی س.ح.، بررسی تغییرات مورفولوژیکی به وجود آمده در رسوبات g' در اثر فرآیند خزش در سوپرآلیاژ  I738LC به‌وسیله آزمون غیرمخرب، چهارمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، آبان ماه 1394.

[33] Wlodek S.T., The Structure of Rene 88 DT, Proceedings of superalloys, 1996.

[34] Porter D.A., Phase Transformations in Metals and Alloys, Chapman & Hall, 1992.

[35] Reppich B., Some new aspects concerning particle hardening mechanisms in γ´ precipitating Ni-base alloys theoretical concept, Acta Metallurgica, 1982, 30.

[36] Safari J., Nategh S., On the heat treatment of Rene80 nickel-base superalloy, Journal of Materials Processing Technology, 2006, 176(1) 240-250.

[37] 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.

[38] Razavi S.H., Mirdamadi S., Arabi H., Szpunar J., Mathematical model of influence of rapid induction heating on nucleation and growth of precipitates, Materials Science and Technology, 2001, 17(10) 1205-1210.

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

[40] Monti C., Giorgetti A., Tognarelli L., Mastromatteo F., On the effects of the rejuvenation treatment on mechanical and microstructural properties of IN738 superalloy, Journal of Materials Engineering and Performance, 2017, 26, 2244–2256.

[41] Yang A., Xiong Y., Liu 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, 2011, 2(1) 105-107.

[42] Mitchell R J., Preuss M., Tin S., Hardy M.C., The influence of cooling rate from temperatures above the γ′ solvus on morphology, mismatch and hardness in advanced polycrystalline nickel-base superalloys, Materials Science and Engineering: A, 2008, 473, 158–165.

[43] Smallman R.E., Ngan A H W., Physical Metallurgy and Advanced Material, Butterworth Heinemann, 2011, 90-93.

[44] Razavi S.H., Mirdamadi S.H., Arabi H., Szpunar J., An Improved Method for Age Hardening of a Superalloy, US Provisional Patent, 2001, 60(309) 610.

[45]  Moshatghin R.S., Asgari S., The Effect of Thermal Exposure on the Characteristics in a Ni-base Superalloy, Journal of Alloys and Compounds, 2004, 368(1) 144-151.

[46] Mignanelli P.M., Jones N.G., Hardy M.C., Stone H.J., The Influence of Al-Nb ratio on the microstructure and mechanical response of quaternary Ni–Cr–Al–Nb alloys, Materials Science and Engineering: A, 2014, 612, 179–186.