اثر فرایند انجماد جهت دار بر ریزساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ پایه نیکل تک کریستال نسل دوم CMSX-4

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، پژوهشکده مواد فلزی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران

2 استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

10.22034/frj.2019.208846.1109

چکیده

سوپرآلیاژ پایه نیکل ‏CMSX-4‎‏ بعنوان یکی از آلیاژهای نسل دوم تک‌کریستال، از دهه 1990 میلادی در توربین‌های گازی ‏مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. نمونه‌ها در این پژوهش از شمش ریختگی سوپرآلیاژ ‏CMSX-4‎‏ که توسط روش ‏VIM‏ ‏و ‏VAR‏ ساخته شده بود استفاده شد. کروت‌های تک‌کریستال سوپرآلیاژ فوق توسط فرایند انجماد جهت دار در کوره خلا به ‏روش بریجمن ساخته شدند. سپس نمونه‌ها تحت عملیات حرارتی حل سازی و پیر سختی یکسان قرار گرفتند. ریز‌ساختار ‏ریختگی سوپرآلیاژ تک‌کریستال شامل دندریت‌های جهت یافته در جهت رشد ترجیحی (001) به همراه مقداری فاز ‏یوتکتیک ׳γ/γ است. در شرایط عملیات حرارتی، ریزساختار ‌‌تک‌کریستال‏ شامل فازهای منظم مکعبی ׳γ در زمینه آستنیتی به ‏همراه مقدار کمی کاربید است. مشخصه یابی میزان انحراف از جهت مرجح رشد دندریت توسط دو روش لاوه و ‏RO-XRD‏ ‏حدود 7 درجه اندازه گیری شد. استحکام کششی نمونه‌های عملیات حرارتی شده در شرایط دمای محیط و دمای 870 درجه ‏سانتیگراد به ترتیب برای ساختار ریختگی پلی‌کریستال ‏MPa‏ 1162 و 392 و برای نمونه تک‌کریستال ‏‎ MPa‏1166 و 1163 ‏بدست آمد. مشاهدات تصاویر SEM نشان داد که افزایش استحکام گرم سوپرآلیاژ تک‌کربستال به واسطه حذف مرز دانه و تغییر مورفولوژی ׳γ در دمای بالا است.  ‏

کلیدواژه‌ها


 [1]      Davis J.R., Heat Resistant Materials-ASM Specialty Handbook, ASM international, Materials Park, OH, 1997.
 [2]      Prajapati A.R., Rajpurohit S.R., Formation and applications of single crystal material, Indian Journal of Scientific Research, 2017, 17(2) 53-59.
 [3]      Włodzimierz B, Arkadiusz O., et. al., Characterization of as-cast single-crystal CMSX-4 superalloy turbine blades, Solid State Phenomena, 2013, 203-204, 173-176.
 [4]      Dilip M., Evaluation of PWA1483 for large single crystal IGT blade application, Pratt & Whitney, TMS, 2000.
 [5]      Zhang S., Zhao D., Aerospace Materials Handbook, CRC Press, Taylor & Francis, 2013.
 [6]      Ramsperger M., Singer R.F., Körner C., Microstructure of the nickel-base superalloy CMSX-4 fabricated by selective electron beam melting, Metallurgical and Materials Transaction A, 2016, 47, 1469-1480
 [7]      Sengupta A., Putatunda S.K., et. al., Tensile behavior of a new single crystal nickel-based superalloy (CMSX-4) at room and elevated temperatures, Journal of Materials Engineering and Performance, 1994, 3, 73-81.
 [8]      Harris K., Wahl J.B., Improved single crystal superalloys, CMSX-4 (SLS) [La+Y] and CMSX-486, Superalloys, 2004, 45-52.
 [9]      Satyanarayana D.V., Eswara N.P., Nickel-Based Superalloys, Aerospace Materials and Material Technologies, Volume 1: Aerospace Materials, N.E. Prasad and R.J.H. Wanhill (eds.), Springer, 2017, 199-228.
[10]    Paraschiv A., Matache G., Puscasu C., The effect of heat treatment on the homogenization of CMSX-4 single-crystal Ni-based superalloy, Transportation Research Procedia, 2018, 29, 303-311.
[11]    Hegde S., Kearsey R., Beddoes J., Design of solutionizing heat treatments for an experimental single crystal superalloy, in Proc. 11th. Int. Symposium on Superalloys, 2008
[12]    Reed R.C., The Superalloys- Fundamentals and Applications, Cambridge University Press, 2006.
[13]    Kawagishi K., Development of an oxidation-resistant high-strength sixth generation single-crystal superalloy TMS-238, in Superalloys 2012, E.S. Huron et al. (Eds.), TMS, September 9-13, 2012.
[14]    Wahl J., Harris K., Recent advances in cast SX superalloys, Proceedings of TMS, Orlando, Florida, USA, 2015.
[15]    Lee H., Microstructural changes by heat treatment for single crystal superalloy exposed at high temperature, Journal of Alloys and Compounds, 2013, 561, 135-141.
[16]    Ges A., Fornaro O., Palacio H., Characterization of solution and precipitation temperature in CMSX-4 superalloy, Procedia Materials Science, 2015, 8, 1127 -1132.
[17]    Matuszewski K., Matysiak H., Jaroszewicz J., Nolf W., Influence of Bridgman process conditions on microstructure and porosity of single crystal Ni-base superalloy CMSX-4 , International Journal of Cast Metals Research, 2014, 27, 329.
[18]    Rezaei M., Kermanpur A., Sadeghi F., Effects of withdrawal rate and starter block size on crystal orientation of a single crystal Ni-based superalloy, Journal of Crystal Growth, 2018, 485, 19–27.
[19]    Sajjadi S.A., Nategh S., Guthrie R.L., Study of microstructure and mechanical properties of high performance Ni-base superalloy GTD-111, Materials Science and Engineering A, 2002, 325, 484–489.
[20]    Szczotok A., On γ-γ’ eutectic quantitative evaluation in the as-cast CMSX-4 nickel-based superalloy, Solid State. Phenomena, 2013, 197, 203-208.