20325

۲۰۳۲۵

تأثير عمليات حرارتي بر ريزساختار و خواص تنش گسيختگي سوپرآلياژ Inconel 718plus

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

۹۶-۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۳۰

دكتر حسين عربي - دكتر سيد حسين سيدين

دكتر مهدي عباسي

مواد و متالورژي

سوپرآلياژهاي پايه نيكل كه عمدتاً براي كار در شرايط حاد طراحي و توليدشده‌اند داراي خواص نسبتاً مطلوبي در اين شرايط هستند. البته با اعمال سيكل‌هاي مناسب عمليات حرارتي خواص اين آلياژها تااندازه‌اي قابل‌تغيير و ‌بهبود است، لذا در اين تحقيق سعي شده است تا خواص مكانيكي 3 سوپرآلياژ پايه نيكل Inconel 718+ (يك آلياژ حاوي عنصر بور به ميزان استاندارد(B1)، يك آلياژ حاوي عنصر بور بيش‌ازحد استاندارد(B2) و يك آلياژ حاوي بور به ميزان استاندارد و حاوي زيركونيوم(B3)) با اعمال تعدادي سيكل عمليات حرارتي بهبود يابد. در بخش اول اين پژوهش علاوه بر عمليات حرارتي استاندارد، ۴ سيكل عمليات حرارتي(T1، T2، T3 و T4) طراحي و بر روي آلياژ حاوي مقدار اضافي بور(B2) انجام گرديد. سپس تغييرات ريزساختاري حاصل از اين عمليات حرارتي بررسي و تأثير آن بر بعضي از خواص مكانيكي اين آلياژ موردمطالعه قرارگرفته است. طراحي سيكل‌هاي عمليات حرارتي به‌گونه‌اي بوده است كه ريزساختارهاي متفاوتي را در آلياژ ايجاد كند. نتايج به‌دست‌آمده از مطالعات ريزساختاري نشان داد كه نمونه‌هاي B2T1 و B2T2 علاوه بر ذرات γ^' درشت ثانويه، شامل كسر حجمي متفاوتي از ذرات γ^' ثالثيه با اندازه كمتر از 30 نانومتر هستند. سيكل‌هاي عمليات حرارتي B2T3 و B2T4 به‌گونه‌اي طراحي‌شده‌اند كه تمام ذرات γ^' در اين ۲ نمونه، ابعادي نزديك به ذرات γ^' ثالثيه نمونه B2T1 و B2T2 داشته باشند. نتايج آزمايش‌هاي مكانيكي بر روي اين ۴ نمونه نشان مي‌دهد كه نمونه‌اي كه كسر حجمي بالاتري از ذرات γ^' ريز دارد، خواص كششي و تنش گسيختگي بهتري نسبت به ديگر نمونه‌ها و نمونه استاندارد دارد. در بخش دوم پژوهش حاضر، عمليات حرارتي بهينه بخش اول(T3) كه منجر به افزايش خواص كششي و تنش گسيختگي آلياژ شده بود به‌عنوان سيكل عمليات حرارتي بهينه انتخاب و بر روي آلياژ B1 و آلياژ B3 اعمال گرديد و سپس ريزساختارهاي حاصله به‌وسيله ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني موردمطالعه قرار گرفت. نتايج حاصل از اين بررسي‌ها نشان داد بور و زيركونيوم تأثير ناچيزي بر ميانگين اندازه دانه‌هاي نمونه‌ها داشته‌اند ولي بعد از اعمال عمليات حرارتي يكسان، سختي آلياژ‌هاي حاوي مقدار اضافي بور و زيركونيوم(نمونه‌هاي B2T3 و B3T3) نسبت به آلياژ پايه(نمونه B1T3) افزايش داشته است. نتايج به‌دست‌آمده از آزمايش كشش بر روي اين نمونه‌ها نشان داد كه استحكام تسليم آلياژ B2T3 و B3T3 نسبت به آلياژ B1T3 به ترتيب ۸ و ۶ درصد افزايش داشته است. همچنين ميزان افزايش طول نمونه‌هاي B2T3 و B3T3 نسبت به آلياژ B1T3 به ترتيب به ميزان 18 درصد كاهش و 6 درصد افزايش داشته است. نتايج آزمايش‌هاي تنش گسيختگي بر روي نمونه‌هاي B1T3، B2T3 و B3T3 نشان داد كه عمر تنش گسيختگي اين نمونه‌ها به ترتيب 48، 74 و 53 ساعت است. اين افزايش عمر به‌ويژه در نمونه B2T3 مي‌تواند به دليل افزايش كسر حجمي ذرات γ^' در اين نمونه‌ها باشد. علاوه بر اين افزايش ميزان عناصر B و Zr در تركيب شيميايي آلياژ IN 718+ موجب شده است كه مقدار اين ۲ عنصر در مرزدانه بيشتر جدايش يافته و موجب كاهش حركت و يا توقف مرزدانه ها در اين ۲ نمونه گردد. اين موضوع احتمالاً توانسته است به افزايش عمر گسيختگي اين ۲ نمونه كمك كند.

1398/01/25

the effect of heat treatment on microstructure and stress rupture properties of Inconel 718plus superalloy

3/16/2019 12:00:00 AM

Nickel base superalloys, which are designed and manufactured to work in acute conditions, have relatively good properties in these conditions. However, by applying suitable heat treatment, the properties of these alloys can be altered and improved, so in this research, the mechanical properties of the 3 nickel base superalloy Inconel 718+ (an alloy containing a standard boron (B1) alloy, an alloy containing The excess boron element (B2) and a standard boron containing zirconium (B3) alloy are improved by applying a number of heat treatment cycles. In the first part of this study, in addition to standard heat treatment, 4 different design cycle heat treatment (T1, T2, T3 and T4) were designed and applied on an alloy containing extra amount of boron (B2). Then, the microstructural changes resulting from this heat treatment were investigated and its effect on some of the mechanical properties of the alloy was studied. The design of heat treatment cycles has been designed to create different microstructures in the alloy. The results of microstructural studies showed that B2T1 and B2T2 samples, in addition to secondary coarse gamma prim particles ,contains a different volume fraction of tertiary gamma prime particles of less than 30 nm. The B2T3 and B2T4 heat treatment cycles are designed to have all the gamma prim particles in these two samples have dimensions close to those of tertiary gamma prime particles in B2T1 and B2T2 samples. The results of mechanical experiments on these four samples show that a sample with a higher volume fraction of small particles of gamma-prim has better tensile properties and rupture stress than other samples and standard specimens. In the second part of the present study, the optimal heat treatment of the first part (T3), which resulted in increasing the tensile properties and the rupture stress, was selected as the optimal heat treatment cycle and applied on B1 alloy and B3 alloy, and then the microstructures were obtained by optical microscope and electron microscope was investigated. The results of these studies showed that boron and zirconium had a slight effect on the average grain size of the samples, but after applying the same heat treatment, the hardness of the alloys containing boron and zirconium (B2T3 and B3T3 samples) compared to the base alloy (sample B1T3) has increased. The results of the tensile test on these specimens showed that the yield strength of the B2T3 and B3T3 alloy increased by 8 and 6 percent, respectively, than the B1T3 alloy. Also, the increase in the length of B2T3 and B3T3 samples decreased by 18 percent and increased by 6 percent, respectively, than the B1T3 alloy. The results of rupture stress tests on B1T3, B2T3 and B3T3 samples showed that the rupture stress of these samples was 48, 74 and 53 hours, respectively. This increase in life, especially in the B2T3 sample, could be due to an increase in the fractional volume of gamma prim particles in these specimens. In addition, the increase in the amount of B and Zr + B in the chemical composition of the IN 718+ alloy has caused the content of these two elements to be further segregated in the boundary, reducing the movement or stopping of the boundaries in these two samples. This may have helped to extend the life of these two samples.