مينا ميكائيل پور

Investigation on effect of heat treatment an‎d directional quench parameters on the microstructure an‎d hardness of nickel-base superalloy IN738LC

سوپرآلياژهاي پايه نيكل به دليل تركيب منحصربهفردي از استحكام در دماي بالا، مقاومت خزشي، پايداري حرارتي و مقاومت در برابر خوردگي و اكسيداسيون، از مواد راهبردي در صنايع هوافضا، نيروگاهي و پتروشيمي به شمار ميروند. يكي از اين سوپرآلياژها، IN738LC است كه به دليل خواص مطلوب و عملكرد قابل اعتماد در بخشهاي داغ توربينهاي گازي، به طور گسترده مورد استفاده قرار ميگيرد. با اين حال، بهبود خواص مكانيكي و بهويژه مقاومت در برابر تغيير شكل در شرايط دماي بالا همچنان از مهمترين دغدغههاي طراحي و بهينهسازي اين آلياژ محسوب ميشود. در اين پژوهش، تأثير عمليات محلولسازي جزئي در دماي 1120 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت و سپس اعمال دو نوع كوئنچ )كوئنچ معمولي و كوئنچ جهتدار( بر ريزساختار و سختي سوپرآلياژ IN738LC بررسي شده است. پس از اين مراحل، عمليات پيرسازي بر روي نمونهها انجام گرفت تا اثر شرايط سردكردن و رسوبگذاري مجدد بر ريزساختار و خواص مكانيكي مطالعه شود. براي بررسي تغييرات ريزساختاري، از متالوگرافي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM استفاده شد و بهمنظور ارزيابي خواص مكانيكي، آزمايشهاي ماكروسختي و ميكروسختي روي نمونهها انجام گرفت. نتايج بهدستآمده نشان داد كه كوئنچ جهتدار به دليل ايجاد گراديانهاي متفاوت در نرخ سردشدن، موجب توزيع غيريكنواخت در اندازه و مورفولوژي رسوبات ʹγ در سراسر نمونه گرديد. در نواحي با سرعت سردشدن بالاتر، رسوبات ريزتر و متراكمتر شكل گرفتند، در حاليكه در نواحي با سرعت كمتر، رسوبات درشتتر و با فاصلههاي بيشتر ظاهر شدند. همچنين مشاهده شد كه كسر حجمي رسوبات ʹγ در نمونههاي كوئنچ جهتدار بيشتر از نمونههاي كوئنچ معمولي است. اين تغييرات ريزساختاري تأثير مستقيم بر خواص مكانيكي گذاشت؛ بهگونهاي كه سختي نمونههاي كوئنچ جهتدار، بهويژه پس از عمليات پيرسازي، بيشتر از ساير نمونهها بود، هرچند اين افزايش سختي چندان محسوس نبود) تفاوت سختي نمونههاي متناظر قبل از پيرسازي، و پس از پيرسازي به ترتيب 6.617 و 11.393 بودند(. بررسيها همچنين نشان داد كه كوئنچ جهتدار علاوه بر افزايش سختي، به بهبود يكنواختي ريزساختار)به صورت موضعي و در راستاي مشخصي( و كاهش حضور كاربيدهاي مرزدانهاي پيوسته كمك ميكند. در مقابل، نمونههاي كوئنچ معمولي داراي رسوباتي با توزيع غيريكنواختتر در كل زمينه بودند و بيشتر تمايل به تشكيل در مرزهاي دانه از خود نشان دادند و استحكام كمتري در مقايسه با نمونههاي كوئنچ جهتدار از خود نشان دادند. مقايسه نتايج ماكروسختي و ميكروسختي نيز حاكي از همخواني دادهها و تأييد روند بهبود سختي در نمونههاي كوئنچ جهتدار بود. در مجموع، يافتههاي اين تحقيق نشان ميدهد كه بهكارگيري كوئنچ جهتدار در فرايند عمليات حرارتي سوپرآلياژ IN738LC ميتواند بهعنوان رويكردي مؤثر براي افزايش سختي و بهبود خواص مكانيكي در دماهاي بالا مطرح شود. اين نتايج ميتواند مبنايي براي بهينهسازي عمليات حرارتي پرههاي توربين و ديگر اجزاي داغ موتورهاي گازي قرار گيرد و در توسعه طراحيهاي جديد سوپرآلياژها مورد استفاده واقع شود.

سوپرآلياژهاي پايه نيكل , كوئنچ جهت‌دار , پيرسختي , خواص مكانيكي , IN738LC