21903

21903

اثر نيتروژن در فرآيند gtaw برسوپرآلياژ اينكونل 718

دكتري

مهندسي مواد

1398-99

1398/12/21

دكتر مسعود گودرزي

دكتر عبدالخالق خان

مواد و متالورژي

اينكونل 718 يك آلياژ پايه نيكل رسوب سخت است كه در صنايع نيروگاهي، هوافضا و نفت و گاز كاربرد عمده¬اي دارد. اين آلياژ به دليل مقاومت بالا دربرابر ترك پيركرنشي حين عمليات حرارتي پس از جوشكاري به¬طور وسيعي در اجزاي قابل جوشكاري مورد استفاده قرار مي¬گيرد. در تحقيق حاضر، تاثير مقدار نيتروژن حل شده در فلز جوش حاصل از جوشكاري با فرآيند GTAW تحت گازهاي محافظ Ar+1-6% N2 درصد حجمي بر ريزساختار، خواص مكانيكي و مقاومت به خوردگي داغ مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از انجام جوشكاري، ريزساختار نواحي جوش و متاثر از حرارت با استفاده از ميكروسكوپ¬هاي نوري، الكتروني روبشي و الكتروني بررسي گرديد. رفتار خوردگي داغ نمونه¬ها در برابر تركيب نمكي Na2SO4+25% NaCl در درجه حرارت °C 650 مورد مطالعه قرار گرفت. استحكام كششي نمونه¬هاي جوش و پايه با آزمون كشش در درجه حرارت محيط بررسي گرديد. سختي نمونه-هاي مختلف حاوي نيتروژن نيز با ميكروسختي سنجي در مقياس ويكرز تعيين شد. بررسي¬ها نشان داد افزايش نيتروژن در گاز آرگون باعث افزايش عمق نفوذ جوش و نسبت عمق به پهنا مي¬شود. وجود نيتروژن فوق اشباع تشكيل فازهاي (Ti,Nb)CN با شكل ساختاري دندريتي و (Ti,Nb)N با شكل ساختاري تقريباً بلوكي را ترغيب مي¬كند. نتايج نشان داد مقاومت به خوردگي داغ جوش با افزودن يك درصد نيتروژن به آرگون به دليل تشكيل لايه¬هاي فشرده Cr2O3 و چسبنده Nb2O5 به طور قابل ملاحظه¬اي بهبود پيدا مي¬كند. درحاليكه افزايش بيشتر نيتروژن منجر به كاهش مقاومت به خوردگي داغ مي¬گردد. علت اين رويداد به تاثير منفي نيتروژن بر جدايش Nb در جوش مربوط مي¬شود به طوريكه با افزودن پنج درصد نيتروژن به آرگون، ضريب جدايش (نسبت عنصر در ناحيه بين دندريتي به دندريتي) به Nb از 3/0 به 14/0 كاهش پيدا مي¬كند. اين اتفاق به نوبه خود موجب تشديد رسوب فازهاي كاربيد نايوبيم و لاوه در مرزدانه¬ها و نواحي بين دندريتي و در نتيجه كند شدن خروج كروم از آلياژ و عدم تشكيل پوسته محافظ Cr2O3 به صورت فشرده مي¬شود. با توجه به نتايج آزمون كشش، افزودن يك درصد نيتروژن به آرگون باعث بهبود قابل ملاحظه استحكام كشش نهايي از 10 ± 1210 به 55 ± 1587 MPa با حفظ درصد ازدياد طول مي¬گردد، درحاليكه افزايش پنج درصد نيتروژن به علت افزايش مقدار فاز ترد لاوه و كاهش اندازه γ"باعث كاهش مقدار استحكام كشش نهايي به 42 ± 1410 MPa مي¬گردد. سختي جوش با افزايش نيتروژن در گاز محافظ به دليل استحكام دهي محلول جامد و ازدياد كسر حجمي رسوبات كربونيتريدي افزايش پيدا مي¬كند.

1399/02/18

study of nitrogen effect on inconel 718 using gas tungsten arc welding

3/11/2021 12:00:00 AM

Inconel 718 is a widely used superalloy in welding of aero-engine and gas-turbine components thanks to its excellent resistance to strain age cracking during post weld heat treatment. In this research, the effect of nitrogen added by Ar-0-6%N2 shielding gases on weld microstructure and hot corrosion resistance and mechanical properties of Alloy 718 made by autogenous gas tungsten arc welding. After welding, the weld metal microstructure was studied by optical microscope, scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). The behavior of hot corrosion with Na2SO4–25%wt NaCl salt compound have been studied at 650 °C. Tensile test was carried out on the welded samples and base metals. Vickers microhardness testing was done on different samples with varying nitrogen contents. The results showed that the increment of nitrogen leads to increase of weld depth and depth/width ratio. Nitrogen was found to have low solubility in Alloy 718, leading to precipitation of denderitic (Ti,Nb)CN and blocky (Ti,Nb)N precipitates inside the weld. The corrosion scales developed on the weldments consist of multiple layers of mixed oxides, mostly Fe2O3, Cr2O3 and Nb2O5 followed by a depleted zone in substrate. The addition of 1%N2 to Ar was found to improve hot corrosion resistance due to the formation of two protective layers containing compact Cr2O3, and adherent Nb2O5-rich layer. Higher concentration of nitrogen aggravates hot corrosion resistance owing to its negative influence on microsegregation of Nb as well as increased NbC and Laves phase in interdenderitic regions which, in turn, retard the outward diffusion of Cr to the surface and subsequent formation of compact Cr2O3. Regarding tensile test, addition of 1%N2 to Ar considerably increased the UTS from 1210±10 to 1587±55 MPa while elongation was approximately unchanged, whereas addition of 5%N2 to Ar decreased the UTS to 1410±42 MPa due to the increased content of laves phase and increased size of gamma double prime phase. The hardness of the weld metal increased with increasing N2 content in the shielding gas owing to solid solution strengthening and increase of volume fraction of carbonitrides.

جوشكاري سوپرآلياژ