30851

تعيين عمر باقي مانده خزشي در سوپر آلياژ GTD-111

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي جامدات

1400

1403/01/29

هادي خرمي شاد

سيد حسين رضوي

مكانيك

اين تحقيق به بررسي رفتار خزشي پره توربين گاز از جنس سوپرآلياژ پايه نيكل GTD-111 باهدف پيش‌بيني عمر باقي‌مانده خزشي مي‌پردازد. به دليل قرارگيري طولاني‌مدت پره‌ها در معرض دما و تنش‌، مكانيزم اصلي تخريب پره‌ها، خزش مي‌باشد. در اين تحقيق، پره توربين به دو بخش ريشه و بدنه تقسيم شد. در ناحيه ريشه، تست‌هاي كششي (تحت 3 دما) و تست‌هاي خزشي (تحت 2 دما و 2 تنش) براي جمع‌آوري داده‌هاي شبيه‌سازي مكانيكي انجام شد. در ناحيه بدنه نيز تست‌هاي خزشي (تحت 3 دما و 1 تنش) باهدف تعيين عمر باقي‌مانده خزشي صورت گرفت. براي پيش‌بيني عمر خزشي از رابطه تجربي لارسون ميلر و براي پيش‌بيني رفتار خزشي پره از رابطه نورتون استفاده شد. جهت افزايش دقت پيش‌بيني عمر باقي‌مانده خزشي، شبيه‌سازي حرارتي نيز انجام شد. عواملي مانند درشت‌شدن فاز گاما پرايم ( γ́)، تجزيه كاربيدهاي MC و تشكيل فازهاي TCP مي‌توانند منجر به كاهش خواص مكانيكي در سوپرآلياژها شوند. به همين دليل، تست متالوژيكي براي مشاهده تغييرات ريزساختاري پره در ناحيه ريشه و بدنه انجام شد. اندازه فاز γ́، سختي پره و قانون تكامل آسيب (ꞷ) با استفاده از تست‌ تكامل خزش (℃980/MPa190) اندازه‌گيري شد. اندازه فاز γ́ در بين بازة µm 0.52 و µm 1.40 كه بيشترين اندازه مربوط به نمونه بعد از شكست (تست تكامل خزش) و كمترين مربوط به نمونه ريشه پره هست. اندازه γ́ در بدنه پره برابر با µm 1.30 كه نشان‌دهنده قرارگيري آن در حالت بحراني است. كسر حجمي γ́ با افزايش زمان كاركرد پره، هميشه روند نزولي ندارد، بلكه ابتدا كاهش مي‌يابد و سپس افزايش پيدا مي‌كند. كاربيدهاي MC تا قبل از ورود به ناحيه 3 خزشي، تغييرات خاصي را از خود نشان نمي‌دهند، اما پس از ورود به ناحيه 3، تجزيه آن‌ها آغاز مي‌شود. سختي پره‌ها با افزايش زمان كاركرد پره همانند اندازه فاز γ́، افزايش مي‌يابد. مقدار ميكرو سختي اندازه‌گيري شده براي پره توربين بين Hv 379 تا Hv 415 است. عمر باقي‌مانده خزشي پره توربين برابر با 112 ساعت و عمر خزشي پره توربين برابر با 9852 ساعت بود. مقدار ꞷ اندازه‌گيري شده با استفاده از سختي بدنه پره برابر با 0.96 است.

1403/02/24

Determining the remaining creep life in superalloys GTD-111

4/17/2025 12:00:00 AM

This research investigates the creep behavior of GTD-111 nickel-based superalloy gas turbine blades with the aim of predicting their remaining creep life. Creep is the primary degradation mechanism for these blades due to prolonged exposure to high temperatures and stresses. The turbine blade was divided into two sections: the root and the body. Tensile tests (under three temperatures) and creep tests (under two temperatures and two stresses) were conducted on the root section to gather data for mechanical simulation. Creep tests (under three temperatures and one stress) were performed on the body section to determine the remaining creep life. The Larson-Miller relationship was used to predict creep life, and the Norton relationship was used to predict creep behavior. Thermal simulation was also performed to improve the accuracy of remaining creep life prediction. Factors such as coarsening of the gamma prime (γ́) phase, decomposition of MC carbides, and formation of TCP phases can lead to a reduction in mechanical properties in superalloys. Therefore, metallurgical tests were conducted to observe microstructural changes in the root and body sections of the blade. The γ́ phase size, blade hardness, and damage evolution law (ꞷ) were measured using a creep evolution test (980 ℃/190 MPa). The γ́ phase size ranged from 0.52 to 1.40 µm, with the largest size observed in the post-failure (creep evolution test) specimen and the smallest in the root section specimen. The γ́ phase size in the blade body was 1.30 µm, indicating a critical state. The γ́ volume fraction did not always decrease with increasing service time; instead, it decreased initially and then increased. MC carbides did not exhibit significant changes until entering the creep stage 3, after which their decomposition began. Blade hardness increased with increasing service time, similar to the γ́ phase size. The measured microhardness of the turbine blade ranged from Hv 379 to Hv 415. The remaining creep life of the turbine blade was 112 hours, and the total creep life was 9852 hours. The measured ꞷ value using the blade body hardness was 0.96.

رفتار خزشي , سوپرآلياژ GTD-111 , پره توربين , فاز گاما پرايم , لارسون - ميلر , عمر باقي‌مانده خزشي

Creep behavior , GTD-111 superalloy , Turbine blade , Gamma prime phase , MC carbides , Larson-Miller parameter , Remaining creep life

Arash Ordikhani

Hadi Khorramishad