شماره ركورد
34011
پديد آورنده
اميرحسين رياضي درون كلا
عنوان
مشخصهيابي و بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي سوپرآلياژ پايه نيكل IN738 لايهنشاني شده با سوپرآلياژ IN625 به روش ذوب انتخابي ليزري
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/08/07
استاد راهنما
دكتر سيدحسين رضوي، دكتر عليرضا خاوندي
استاد مشاور
دكتر مصطفي اميرجان، دكتر محسن استادشعباني، مشاور صنعتي مهندس داورزني
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
چكيده
سوپرآلياژهاي پايه نيكل به دليل خواص دما بالا در ساخت قطعات توربينهاي گازي كاربرد گستردهاي دارند. اما به دليل استحكام بالا، نقطه ذوب زياد و ماشينكاري دشوار، توليد و بازسازي اين قطعات پرهزينه و چالشبرانگيز است. استفاده از روشهاي ساخت افزايشي بهويژه براي بازسازي قطعات با هندسه پيچيده، راهكاري مناسب محسوب ميشود. اگرچه در مطالعات گذشته عمدتاً از رسوب انرژي مستقيم (DED) استفاده شده است؛ در اين پژوهش بازسازي زيرلايه جوشناپذير IN738 با روش ساخت افزايشي بستر پودر آلياژ جوشپذير IN625 انجام گرفت. روش بستر پودر به دليل دقت ابعادي بالاتر نسبت به DED اهميت ويژهاي دارد، هرچند تاكنون كمتر مورد بررسي قرار گرفته است.
تمركز پژوهش بر رسوب چهار لايه ابتدايي IN625 با ضخامت µm 30 روي زيرلايه IN738 بود، چرا كه بيشترين احتمال ايجاد عيوب و ترك در اين ناحيه وجود دارد. براي كاهش حساسيت به ترك ناشي از فازهاي رسوبي، زيرلايه پيش از فرآيند تحت عمليات حرارتي قرار گرفت كه باعث كاهش مقدار γʹ از 35% به 3٫3% و كاهش كاربيدها از 2٫7% به 0٫8% شد. در ادامه، اثر پارامترهاي فرآيند شامل توان ليزر (100، 150 و 200 وات) و سرعت روبش (100 تا mm/s 2700) بررسي گرديد. نتايج نشان داد افزايش توان، موجب يكنواختسازي تركيب عنصري و كاهش احتمال ترك ميشود، در حالي كه افزايش سرعت روبش، موجب تجمع عناصر پشت فصل مشترك و در پي آن ايجاد ترك ميشود. ارتباط مستقيم بين ميكروسختي و ايجاد ترك شناسايي شد و مشخص گرديد براي دستيابي به لايههاي بدون ترك، مقدار ميكروسختي بايد كمتر از HV0.2 256 باشد. بر اساس اين يافتهها، مختصات رئوس مثلث محدوده ايمن پارامترهاي فرآيند (توان 200 وات در سرعت mm/s 140 و توان W163 در سرعت mm/s 100) تعيين شد. مشخص شد تغييرات ميكروسختي متاثر از شكل حوضچهي مذاب و در پي آن تغييرات اندازه زيردانههاي جامدشده است. بررسيهاي ميكروسكوپ نوري و الكتروني نشان داد افزايش نسبت پهنا به عمق حوضچه مذاب (w/d) نقش مهمي در حذف حفرات دارند. در ادامه، نتايج آزمونهاي شكست كششي در دماي محيط و دماي بالا از پارامترهاي فرآيند محدوده ايمن نشان داد كه اتصال فصل مشترك ميتواند تا 95% استحكام IN625 و 89% استحكام IN738 را تأمين كند. در دماي كاري توربين نيز 79 تا 83% استحكام شكست كششي زيرلايه تامين شد. بنابراين، امكان بازسازي موفق زيرلايه جوشناپذير IN738 با روش LPBF بدون نياز به پيشگرم فراهم شد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/18
عنوان به انگليسي
Characterization and Investigation of the Microstructure and Mechanical Properties of Nickel-Based Superalloy IN738 Coated with IN625 Using selective Laser Melting
تاريخ بهره برداري
11/1/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرحسين رياضي درون كلا
چكيده به لاتين
Nickel-based superalloys are widely used in gas turbine components due to their high-temperature properties. However, their high strength, high melting point, and poor machinability make manufacturing and repair costly and challenging. Additive manufacturing (AM), especially for repairing components with complex geometries, offers an effective solution. While most previous studies have focused on Directed Energy Deposition (DED), in this research the non-weldable IN738 substrate was repaired using the Powder Bed Fusion (PBF) process with the weldable IN625 alloy. The PBF method provides much higher precision compared to DED, though it has been rarely investigated for such applications.
This study concentrated on depositing the first four layers of IN625 (30 µm thickness each) on IN738, since this region is most susceptible to defects and cracks. To reduce crack sensitivity caused by precipitate phases, the substrate was heat-treated prior to the process, which reduced the γ′ phase fraction from 35% to 3.3% and carbides from 2.7% to 0.8%. The influence of process parameters, including laser power (100, 150, and 200 W) and scan speed (100–2700 mm/s), was then evaluated. Results showed that increasing power promoted elemental homogenization and reduced cracking, whereas increasing scan speed led to elemental segregation behind the melt pool interface, thereby promoting crack formation. A direct relationship between microhardness and cracking was identified, with a critical microhardness threshold of HV0.2 256 required for crack-free deposition. Based on these findings, an optimal processing window was determined: 200 W at 140 mm/s and 163 W at 100 mm/s.
Microstructural analysis revealed that changes in solidified sub-grain size and an increased width-to-depth ratio (w/d) of the melt pool played an important role in preventing pore formation. Finally, tensile tests at room and elevated temperatures confirmed the integrity of the repair: the joint achieved up to 95% of IN625 strength and 89% of IN738 strength, while maintaining 79–83% of the substrate’s tensile strength under turbine operating conditions. These results demonstrate that successful repair of the non-weldable IN738 substrate by LPBF is possible without preheating.
كليدواژه هاي فارسي
ساخت افزايشي بستر پودر , ترك , حفره , IN738 , IN625
كليدواژه هاي لاتين
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) , Crack , pore , IN738 , IN625
Author
Amirhossein Riazi
SuperVisor
Dr. Seyed Hossein Razavi, Dr. Alireza Khavandi