23599

بررسي اثر برگشتي بر ريزساختار و خواص سوپرآلياژ اينكونل713LC

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد- ريخته گري

1399-1400

1400/02/21

دكتر مهدي ديواندري- دكتر سعيد شبستري

مهندسي مواد و متالورژي

افزايش راندمان ريخته¬گري دقيق سوپرآلياژها و كاهش هزينه توليد آنها، امكان استفاده از برگشتي بخصوص در توليد قطعات غير متحرك توربين گاز را توجيه مي¬نمايد. به منظور استفاده موثر از مواد برگشتي اعم از راهگاه، تغذيه و قطعات معيوب ريختگي، اثر مواد برگشتي در سوپرآلياژ اينكونل 713LC بر روي تركيب شيميايي، ريزساختار و خواص مكانيكي درآلياژ تهيه شده شامل تلفيقي از مواد خالص و برگشتي در نسبت-هاي مختلف، با استفاده از ميكروسكوپ نوري(OM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، طيف‌سنجي انرژي (EDS) و آزمايشات خواص مكانيكي اعم از آزمايش كشش در دماي محيط، دماي بالا و آزمايش گسيختكي خزشي مطالعه شدند. نتايج نشان مي‌دهد كه افزودن مواد برگشتي، اثر قابل‌توجهي بر عناصر اصلي و جزئي آلياژ ندارد. بررسي ريزساختاري نشان داده است كه افزدن برگشتي برتشكيل و اندازه رسوباتɣˊ در ريزساختار موثر نيست، اما ميتواند به افزايش كسرحجمي آخال¬هاي اكسيدي و نيتريدي در نتيجه افزايش ميزان اكسيژن، نيتروژن و همچنين آلودگي همراه با برگشتي منجر شود. از طرف ديگر افزايش مقدار برگشتي تمايل به جدايش بين دندريتي، تشكيل نواحي يوتكتيك ɣ/ɣˊ و همچنين افزايش تخلخل هاي ريز و انقباض هاي ريز مي¬شود. درصد فاز يوتكتيك از 1.6 درصد در آلياژ كاملا خالص به 2.3 درصد درآلياژ 100 درصد برگشتي افزايش مي¬يابد كه با توجه به تغيير مورفولوژي رسوب استحكام بخشɣˊ در نواحي يوتكتيك نسبت به مورفولوژي آن در فاز زمينه، استحكام خزشي و عمر گسيختكي را تحت تاثير قرار مي¬دهد. بررسي¬ها نشان داده است در تمام نسبت¬هاي برگشتي، خواص مكانيكي در دماي محيط، دماي بالا (600 درجه سانتي گراد) و عمر گسيختگي خزشي نسبت به مقادير استاندارد مرجع حاصل گرديده است. گرچه استحكام تسليم و استحكام كششي در دماي محيط در تمام نسبت¬هاي برگشتي تقريبا بدون تغيير است ولي خواص مكانيكي در دماي بالا اعم ازاستحكام كششي و استحكام تسليم به ترتيب، از 995 مگاپاسگال و 843 مگاپاسكال در آلياژ 100 درصد خالص به 969مگاپاسكال و 772 مگاپاسگال درآلياژ كاملا برگشتي كاهش يافته است. عمرگسيختگي خزشي كه مهمترين مزيتي استفاده از سوپرآلياژها نسبت به ساير مواد در دماي بالا است، با افزايش درصد برگشتي در اين آلياژ از 102 ساعت در آلياژ 100 درصد خالص به 88 ساعت در آلياژ كاملا برگشتي كاهش يافته¬است كه اين مقدار كاهشي به ميزان14درصد در عمر گسيختكي خزشي را در آلياژ كاملا برگشتي را نسبت به آلياژ خالص، نشان مي¬دهد. از طرفي با توجه به افزايش ميزان آخال¬ و تخلخل ريز در اثر افزايش درصد برگشتي، ريسك استفاده از قطعات توليد شده از آلياژ با نسبت بالاي برگشتي به دليل افت خواص خزشي در قطعات متحرك توربين گاز بالا خواهد بود. همچنين كيفيت سطحي قطعات توليد شده به دليل افزايش تخلخل ناشي برگشتي نيز كاهش خواهد يافت. نتايج تحقيق نشان مي¬دهد كه مي¬توان به يك شرايط بهينه از خواص مكانيكي و كيفيت سطحي در نسبت 30% و 50% مواد برگشتي همراه با مواد خالص دست يافت كه در توليد برخي از اجزاي عمدتا غيرمتحرك موتورهاي توربين گاز مورد استفاده قرار گيرد.

1400/03/02

Investigation on the effect of using returns on the microstructure and mechanical properties of nickel-based superalloy Inconel 713LC

1/1/1900 12:00:00 AM

In order to increase casting yield, effectively use of the return alloy is important. The effects of the reverts material such as casting scraps, gating and feeding system on the chemical composition, microstructure and mechanical properties of Inconel 713LC has been studied. Microstructural changes were investigated by using of optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersed spectroscopy (EDS). On the other hands, mechanical properties tests including tensile tests at ambient and high temperatures as well as creep rupture tests were studied. The results show that revert addition has no significant effect on the main elements of the alloy and gamma-prime precipitate phases in the microstructure, but it can increase the volume fraction of oxide and nitride inclusions as a result of increasing oxygen, nitrogen and contamination coming from revert charges. Addition of return materials does not change the mechanical properties at ambient temperature but affects the mechanical properties at high temperatures of 600° C. Creep properties, especially creep rupture life, which is the most important advantage of using superalloys in high temperature, decreases by 14% with increasing return percentage in this alloy. In this research, it is clearly observed that acceptable mechanical properties are obtained in all the ratios used from the virgin and return materials, but the increase in the return percentage lead to decrease of creep life and increase the amount of micro-inclusion particularly at the surface of the produced parts. Nevertheless, these issues (Mechanical properties and surface quality) can be optimized in the ratio of 30% and 50% of revert addition on virgin materials.

سوپرآلياژ پايه نيكل , اينكونل713LC , برگشتي , ريخته گري , خواص و ريزساختار

Nickel Based Supper alloy , Inconel 713LC , Revert , Casting , Properties and Microstructure