19688

۱۹۶۸۸

بررسي رفتار تغيير شكل داغ يك آلياژ گاما تيتانيوم آلومينايد

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۰۶/۳۱

دكتر حسين عربي - دكتر سيد محمد علي بوترابي

مواد و متالورژي

آلياژهاي تيتانيوم آلومينايد معرف دسته¬ي منحصربفردي از مواد فلزي پيشرفته به¬نام آلياژهاي بين فلزي منظم هستند. هدف اصلي براي توسعه¬ي اين آلياژها، كاهش وزن و افزايش دماي كاري قطعات مورد استفاده در موتورهاي هوايي است. چرا كه با افزايش نسبت نيروي پيشرانش به وزن، كارايي موتورهاي هوايي افزايش مي¬يابد. به¬علت قابليت كارپذيري پايين آلياژهاي تيتانيوم آلومينايد، لازم است تا آلياژهايي با تركيب شيميايي مختلفي توليد شوند و قابليت كارپذيري آن¬ها بررسي شود. از اين رو در پژوهش حاضر، يك آلياژ گاما تيتانيوم آلومينايد جديد طراحي و توليد شده¬است و رفتار تغيير شكل داغ آن مورد بررسي قرار گرفته¬است. ذوب¬سازي آلياژ گاما تيتانيوم آلومينايد با تركيب شيميايي Ti-44Al-5Nb-1.5Zr-1Cr-1B-0.17(La,Ce) (درصد اتمي)، با استفاده از كوره¬ي قوس در محيط خلا (mbar3-10) انجام شد و سپس با ذوب مجدد تكه¬هايي از شمش ريختگي، قطعات استوانه¬اي به¬روش ريخته¬گري مكشي توليد شدند. عمليات حرارتي همگن¬سازي تحت فشار قطعات استوانه¬اي ريختگي به¬وسيله¬ي پرس ايزواستاتيك داغ به مدت hr4 در دماي °C1000 و فشار MPa100 اجرا¬شده¬است. آزمايش¬هاي فشار داغ در دماهاي °C1150-900 با نرخ¬هاي كرنش s-11/0-001/0، تا كرنش 7/0 صورت گرفته¬است. از شبكه عصبي مصنوعي به¬منظور مدلسازي منحني¬هاي سيلان استفاده شده¬است. ريزساختار نمونه¬ها توسط ميكروسكوپ¬هاي نوري (OM) و الكتروني روبشي (SEM) مورد بررسي قرار گرفته¬است. همچنين از پراش پرتوي ايكس (XRD) و طيف¬سنج پرتوي ايكس تفرق انرژي (EDS) براي شناسايي فازها و تركيبات موجود در ريزساختار استفاده شده¬است. نتايج حاصل از بررسي‏¬هاي ريزساختاري نشان مي¬دادند كه با اعمال فرآيند تغيير شكل در دماي °C900، استحاله¬ي فازي TiAl/Ti3Al→TiAl+TiAl3/Ti2AlNb اتفاق مي¬افتد و ساختار هم¬محور لايه¬اي حاوي فازهاي TiAl و Ti3Al به دانه¬هاي كشيده¬شده و مجزايي از نوع فازهاي TiAl3 و Ti2AlNb تبديل مي-شود. با افزايش دماي تغيير شكل تا دماهاي °C950 و °C1000، فاز Ti2AlNb حذف و از كسر حجمي فاز TiAl3 كاسته مي¬شود. در دماي °C1050، استحاله¬ي فازي TiAl/Ti3Al→TiAl+Ti19Al6 رخ مي¬دهد و اولين دانه¬هاي تبلور مجدديافته نيز در ريزساختار به¬وجود مي¬آيند. با افزايش دماي تغييرشكل تا دماهاي °C1100 و °C1150، كسر حجمي دانه¬هاي تبلور مجدديافته افزايش مي¬يابد. افزايش نرخ كرنش در دماهاي °C1100 و °C1150، منجر به كاهش كسر حجمي دانه¬هاي تبلور مجدديافته نيز شده¬است. به¬علاوه، در دماي °C1100 و نرخ كرنش s-1 1/0، استحاله¬ي فازي TiAl/Ti3Al→TiAl+Ti1.335Al2.665 و در دماي °C1150 و نرخ¬هاي كرنش s-1 001/0 و s-1 01/0، استحاله¬ي فازي TiAl/Ti3Al→TiAl+AlNb2 اتفاق مي¬افتد. بررسي منحني¬هاي سيلان حاكي از آن است كه در اكثر منحني¬هاي حاصل از آزمايش فشار، سه قسمت كارسختي، كارنرمي و پايا وجود دارد. اگرچه در برخي از منحني¬هاي سيلان، بخش پايا مشاهده نشد و در برخي از منحني¬هايي كه داراي بخش پايا بودند، كارسختي ثانويه نيز رخ داده¬است. آلياژ مورد مطالعه داراي حساسيت نرخ كرنش مثبت و حساسيت دمايي منفي است و مدلسازي منحني¬هاي سيلان توسط شبكه عصبي مصنوعي با دقت 999/0 صورت پذيرفته¬است.

1397/09/06

Investigation on Hot Deformation Behavior of a γ-TiAl Alloy

11/27/2018 12:00:00 AM

Ordered intermetallic titanium aluminide alloys represent a unique category of advanced metallic materials, Due to low weight, high strength and suitable working temperature. These alloys can be used in jet engines, so that due to low weight, they can increase the jet efficiency by increasing the thrust to weight ratio. However, Due to the low workability of titanium aluminide alloys, it seems necessary to produce these type of alloys with improved workability via different chemical compositions. Therefore, in the present study, a new titanium aluminide alloy was designed and Produced before examining its hot deformation behavior. For this purpose, gamma titanium aluminide ingots with stoichiometric composition of Ti-44Al-5Nb-1.5Zr-1Cr-1B-0.17(La, Ce) (at%) were cast using an arc furnace in vacuum atmosphere (10-3mbar). Then, with the remelting of cast ingot, cylindrical pieces were produced. High pressure homogenization heat treatment of cylindrical pieces were performed by hot isostatic press for a period of 4hr at 1000°C under pressure of 100 MPa. Hot compression tests were carried out at temperature range of 900-1150°C using a range of strain rates between 0.001 and 0.1s-1 to strain level of 0.7. An artificial neural network was used to model flow curves. The microstructure of the samples was examined by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) were also used to identify phases and compounds within the microstructure. The results of microstructural studies showed that deformation process at 900°C not only caused a phase transformation of TiAl/Ti3Al to TiAl+TiAl3/Ti2AlNb phases, but also a conversion of lamellar equiaxed structure containing TiAl and Ti3Al phases into separate and elongated grains of TiAl3 and Ti2AlNb phases. By increasing the deformation temperature to 950°C and 1000°C temperatures, the Ti2AlNb phase was eliminated and volume fraction of TiAl3 phase reduced. At 1050°C, phase transformation of TiAl/Ti3Al to TiAl+Ti19Al6 phases occurred and the first recrystallized grains were formed in the microstructure. By increasing the deformation temperature to 1100°C and 1150°C, volume fraction of the recrystallized grains increased. On other hand by Increasing the strain rate at 1100°C and 1150°C resulted to a reduction in volume fraction of recrystallized grains. In addition, at temperature of 1100°C and strain rate of 0.1s-1, phase transformation of TiAl/Ti3Al to TiAl+Ti1.335Al2.665 phases and at temperature of 1150°C and strain rates of 0.001s-1 and 0.01s-1, phase transformation of TiAl/Ti3Al to TiAl+AlNb2 phases occurred. Results obtained from the flow curves shows that in most of the stress-strain curves, there exist of three sections, containing work hardening, softening and steady state sections. However, in some of the flow curves, the steady state section was not observed and in some curves containing steady state section, a secondary work hardening section was also observed. The studied alloy has positive strain rate sensitivity but a negative temperature sensitivity and the results of flow curves modeling by artificial neural network showed that an accuracy of 0.999 can be obtained.