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

كارشناسي ارشد

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.

192693

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر مهدي عباسي

مهندسي مواد

دكتر حسين عربي - دكتر سيد حسين سيدين