13521

13521

تأثير بور و زيركونيوم بر خواص كششي و استحكام گسيختگي سوپرآلياژ كارشده پايه نيكل Nimonic 105

كارشناسي ارشد

مواد و متالورژي - شناسايي و انتخاب مواد

آبان 1393

آبان 1393

دكتر حسين عربي

دكتر سيد مهدي عباسي

چكيده سوپرآلياژ پايه نيكل Nimonic 105 از دسته سوپرآلياژهاي كارشده پايه نيكل-كبالت-كروم است كه بوسيله اضافه كردن موليبدن، آلومينيم و تيتانيم به دو روش محلول جامد و رسوب¬سختي استحكامدهيمي¬شود. اين سوپرآلياژ جهت كاربري در دماهاي بالاتر از C°950 گسترش داده شده¬ است.اين آلياژ داراي استحكام بالا از طريق رسوب سختي و همچنين داراي مقاومت خزشي خوبي است. اضافه كردن مقادير كمي از عناصر جزئي به ويژه Zr و B در بهبود مقاومت خزش سوپرآلياژها موثر است، ولي تاكنون مطالب زيادي روي اثرات اين دو عنصر بر خواص مكانيكي و ريزساختار اين سوپرآلياژ منتشر نشده است.لذا هنوز ابهامات زيادي در خصوص اثر اين عناصر بر ريزساختار و رفتار مكانيكي اين آلياژ وجود دارد. بررسي¬هاي صورت گرفته نشان مي¬دهد كه جهت بهبود خواص مكانيكي اين آلياژ، عناصر اصلي در اين سوپرآلياژ دستخوش تغيير قابل ملاحظه¬اي نبوده و تنها تغيير در مقدار كربن، بور و زيركونيوم و يا تغيير در سيكل عمليات حرارتي از جمله عواملي هستند كه خواص مكانيكي اين آلياژ را دچار تغييراتي مي¬كنند. هدف از اين پروژه بررسي تأثير تغيير مقدار بور و زيركونيوم برروي ريزساختار و خواص كششي دماي بالا و دماي محيط و استحكام گسيختگي اين سوپرآلياژ است. به اين منظور پنج شمش با مقادير مختلف بور و زيركونيوم (مقادير بور در محدوده0 تا 012/0 درصد وزني و زيركونيوم از 0 تا 16/0 درصد وزني تغيير كرده است) با روش VIM ريخته¬گري شده و سپس بوسيله روش ESR تصفيه شدند. آلياژهاي ESR شده به مدت 4 ساعت در دماي C°1150 همگن¬سازي شدند و بلافاصله عمليات نورد گرم بر روي آن¬ها انجام شد. نمونه¬هاي نورد شده از هر آلياژ به مدت 16 ساعت در دماي C°1060 آنيل انحلالي شده و سپس عمليات پيرسازي در دماي C°850 به مدت 16 ساعت بر روي آن¬ها انجام شد. تحولات ريزساختاري بوسيله ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آناليز EDS مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. همچنين خواص مكانيكي توسط آزمايش¬هاي سختي¬سنجي، كشش سرد و گرم و تنش-گسيختگي ارزيابي شدند. نتايج بدست¬آمده از مطالعات ريزساختاري نشان داد كه با كاهش زيركونيوم و افزايش بور، اندازه دانه¬ها به ميزان 15% افزايش يافته است. همچنين با افزايش بيشتر بور (بيشتر از 007/0 درصد وزني) در آلياژ دوباره اين اندازه به ميزان 14% كاهش يافته است. علاوه¬براين، شكل و نوع كاربيدها و همچنين مكان قرارگيري آن¬ها با تغيير مقادير B و Zr تغيير كرده است، به طوريكه كاربيدهاي صفحه¬اي MC حاوي Zr درون مرزدانه¬ها جاي خود را به كاربيدها و كاربوبوريدهاي كروي شكل حاوي Cr و Mo مي¬دهند. با افزايش بور، رسوبات درون دانه¬اي بدون در نظر گرفتن نوع آن¬ها افزايش چشمگيري داشته¬اند. ارزيابي خواص كششي سرد و گرم آلياژها نشان داده است كه با كاهش زيركونيوم و افزايش بور در آن¬ها، استحكام تسليم، درصد ازدياد طول و درصدكاهش سطح مقطع افزايش يافته، ولي تغيير چنداني در استحكام كششي آلياژها مشاهده نشد. از طرفي تمامي خواص كششي آلياژ با افزودن اين دو عنصر نسبت به حالت استاندار بهبود يافته¬اند. عمر گسيختگي آلياژ Nimonic 105 نيز با حذف زيركونيوم و افزايش بور در آن افزايش چشمگيري داشته است، بطوريكه در آلياژي كه تنها بور به آن اضافه شده است، عمر گسيختگي از پيش¬بيني استاندارد به ميزان 5/2 برابرفراتر رفته است. كلمات كليدي:سوپرآلياژ Nimonic 105، پيرسازي، بور و زيركونيوم، خواص كششي، تنش-گسيختگي، عمر گسيختگي.