21760

21760

بررسي تاثير فشار ايزواستاتيك گرم (HIP) بر ريزساختار و خواص تنش گسيختگي سوپر‌آلياژ پايه نيكل CMSX4

كارشناسي ارشد

شناسايي، انتخاب و روش ساخت مواد مهندسي

1396

1398/11/26

دكتر حسين عربي - دكتر حسن ثقفيان

دكتر عليرضا ميرك

مواد و متالورژي

اغلب سوپرآلياژها مخصوصا سوپرآلياژهاي پايه نيكل به دليل توانايي حفظ خواص مكانيكي خود در دماي بالا (Tm5/0T≥) و مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي داغ،‌ موادي بسيار مطلوب براي كار در توربين‌هاي زميني و هوايي هستند. در اين تحقيق اثر فرآيند فشار ايزواستاتيك گرم (HIP) بر ريزساختار و خواص خزشي سوپر آلياژ پايه نيكل CMSX4 كه به روش انجماد جهت‌دار و به صورت تك كريستال توليد شده است بررسي شده است. قابل ذكر است كه خواص خزشي اين سوپر آلياژ بعد از ريخته‌گري و اعمال عمليات حرارتي استاندارد از پيش تعيين شده و بعد از اعمال فرآيند HIP در شرايط MPa103°C/1288 به مدت 6 ساعت مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي‌دهد كه بعد از اعمال عمليات HIP، كسر حجمي حفرات انقباضي از 35/0‌% به 07/0‌% تغيير مي‌كند. در ضمن تعداد و اندازه متوسط اين حفرات نيز به طور محسوس كاهش مي‌يابد. همچنين فرآيند HIP تاثير قابل ملاحظه‌اي بر مورفولوژي رسوبات 'γ داشته و شكل آن‌ها را از حالت چند وجهي‌هاي بي‌نظم با سطوح ناصاف به صورت چند وجهي‌هاي منظم با گوشه‌هاي گرد تبديل مي‌كند. متوسط اندازه رسوبات 'γ از µm1 قبل از اعمال فرآيند HIP به µm3/0 بعد از اعمال اين فرآيند تغيير مي‌كند. فرآيند HIP نه تنها باعث اصلاح اندازه، توزيع و شكل رسوبات 'γ و كاهش حفرات انقباضي مي‌شود بلكه همچنين موجب به تعويق افتادن جوانه‌زني ترك در ريزساختار شده است. در نتيجه طول عمر تنش-گسيختگي و كرنش خزشي تك كريستال CMSX4 در دماي °C980 و تنش ثابت MPa300 به ترتيب از حدود 64 ساعت و 7/23‌% به حدود 77 ساعت و 4/29‌% افزايش يافته است. اين افزايش نسبتا قابل ملاحظه است.

1398/12/03

The Effect of Hot Isostatic Pressure (HIP) on Microstructure and Stress Properties of CMSX4 Nickel-based Superalloy

2/15/2020 12:00:00 AM

Most superalloys, especially nickel-based superalloys, are highly desirable materials for work in power generating systems because of their ability to maintain their mechanical properties at high temperatures (T>0.5Tm) and resist oxidation and hot corrosion. In this study, the effect of hot isostatic pressure (HIP) on the microstructure and creep properties of a single crystal CMSX4 produced by Bridgman technique were investigated. The creep properties of this superalloy were determined after casting and standard heat treatment as well as after being subjected to HIP under condition of 1288°C / 103MPa. The results of this study show that after HIP operation, the volume fraction of the shrinkage porosities changed from 0.35% to 0.07%. In addition, the average number and size of these porosities were markedly reduced. The HIP process also had a significant influence on the morphology of γ' particlesso that it transformed them from irregular polyhedral shape with heterogeneous distribution into regular cubic shape with rounded corners. The average size of the γ' precipitats changed from 1µm before applying the HIP process to 0.3µm after applying this process. As a result these changes, the stress-rupture lifespan and creep strain of CMSX4 single crystal increased under creep condition of 980°C and 300MPa from 64 hrs and 23.7% to about 77 hrs and 29.4%, respectively. This increase is relatively significant.