بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش، تاثیر سیکلهای عملیات حرارتی انحلالی و پیرسازی روی جوانسازی ریزساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ پایه آهن-نیکل A-286 که به مدت 30000 ساعت در شرایط کاری توربین گازی تحت کارکرد در دمای بالا بود، میباشد. به این منظور نمونههای جدا شده از قطعه کار کرده در دمای 980 C به مدت یک ساعت آنیل و در دماهای 760 و 800 و 840 C به مدت 18 ساعت تحت عملیات حرارتی پیرسازی قرار گرفتند.
مشخصهیابی نمونهها به کمک طیفنگاری تفکیک انرژی - EDS - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و میکروسکوپ نوری - OM - انجام گرفت. به منظور بررسی خواص مکانیکی دمای بالای نمونهها، از آزمون تنش گسیختگی استفاده شد. نتایج نشان داد که انجام عملیات حرارتی انحلالی و سپس پیرسازی در دمای 760 C به مدت 18 ساعت، سبب حذف فازهای مضر نظیر اتا و بازیابی ریزساختار میشود به طوریکه آلیاژ جوانسازی شده عمر گسیختگی 146 ساعت را نشان میدهد.
مقدمه
سوپرآلیاژ A-286 متداولترین سوپرآلیاژ پایه آهن است که به علت حفظ خواص مکانیکی و پایداری فازی در دمای بالا، میتوان از آن در بخشهای داغ موتورهای توربین گازی استفاده کرد 2]،.[1 این سوپرآلیاژ با استحکام و مقاومت به خوردگی بالا در دماهای میانه، کاربرد گستردهای در ساخت توربینهای گازی زمینی، دریایی و هوایی دارد 2]،.[1 این آلیاژ پس از قرار گرفتن در دمای حدود 730 C به مدت کوتاه، ناپایدار شده و فاز استحکامبخش ' در آن دچار استحاله شده و به فازهای فشردهی هندسی - TCP - از قبیل تبدیل میشود 4]،.[3 تشکیل فاز در هنگام انجماد، یا عملیات حرارتی و کارکرد، سبب حذف فازهای استحکام بخش نظیر ' میشود.
به همین دلیل، تشکیل این گونه فازها میتواند منجر به افت خواص مکانیکی شود 6]،.[5 لذا عملیات حرارتی بهینه تأثیر بسزایی در پایداری متالورژیکی سوپرآلیاژها دارد. پدیدههای پیری، فوق پیری، تجزیهی فازها، تشکیل فازهای بین فلزی و استحالههای فازی که همگی به طور مستقیم متأثر از دما و زمان عملیات حرارتی میباشند، منجر به تغییرات متالورژیکی ساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژها میشود .[7-10] انتخاب ناصحیح محدودهی دمایی و زمانی عملیات حرارتی، میتواند منجر به رسوب فازهای مضر TCP و تشکیل کاربیدها و بوریدهای مضر در مرزدانه شود. علاوه بر موارد ذکر شده، فوق پیری در سوپر آلیاژ A-286 میتواند منجر به درشت شدن رسوبهای فاز ' شود. درشت شدن ذرات ' با عث کاهش خواص استحکامی از قبیل استحکام کششی و عمر گسیختگی میشود .[11-14]
سیف اللهی و همکارانش [4] نشان دادند که فاز در بازه دمایی 650 تا 720 C تشکیل نشده و در دماهای بالاتر، در محدوده 780 تا 850 C رسوب میکند و با افزایش دما و زمان، درشتتر میشود. با توجه به هزینهبالای تولید سوپرآلیاژها و قطعات توربینگازی، باز جوانسازی آنها با عملیات حرارتی و حذف فازهای مضر، قطعات را به چرخه کاری بازگردانده و عمر کاری دستگاه را افزایش می دهد. با وجود تمام تحقیقاتی که در زمینه بررسی فاز صورت گرفته است، اما تاکنون در داخل کشور تحقیقی در مورد جوانسازی ریزساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ A-286 پس از کارکرد در شرایط واقعی یک توربین گازی به عنوان پره متحرک، مشاهده نشده است. در این پژوهش هدف بررسی تاثیر سیکلهای عملیات حرارتی اصلاحی به منظور بازیابی خواص فیزیکی و مکانیکی سوپرآلیاژ پایه آهن-نیکل A-286 است.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش سوپرآلیاژ A-286 که به عنوان پره متحرک ردیف پنجم توربین گازی BBC13D به مدت زمان 30000 ساعت کار کرده بود، مورد بررسی قرار گرفت. لازم به ذکر است که این قطعه میبایست مطابق با استانداردهای شرکت سازنده، به منظور بهکارگیری مجدد، تحت بازسازی قرار گیرد. در ابتدای ورود و با هدف تعیین جنس، نمونه تهیه شده از پره متحرک به کمک روش طیفنگاری تفکیک انرژی - EDS - آنالیز شد و با مقایسه آن با مراجع، جنس آن تعیین گردید. سپس نمونه تهیه شده به کمک میکروسکوپ نوری و الکترونی مورد بررسی ریزساختاری قرار گرفت. لازم به ذکر است که در تمامی مراحل به منظور آمادهسازی نمونههای متالوگرافی، ابتدا نمونهها مانت شده و تا سنباده مش 2000 آمادهسازی، سپس توسط اسپری الماسه به طور کامل پولیش و از اسید اگزالیک برای الکترواچ کردن نمونهها استفاده شد.
به منظور آگاهی از عیوب موجود در قطعه در شرایط ابتدای ورود، پس از انجام مراحل تمیزکاری شامل چربیگیری و ماسهپاشی، پره متحرک مورد بازرسی توسط مواد نافذ1 قرار گرفت و عیوب آن مشخص گردید. در ادامه، عملیات حرارتی انحلالی به مدت یک ساعت در دمای 980 C و عملیات حرارتی پیرسازی در دماهای 760 و 800 و 840 C به مدت 18 ساعت صورت گرفت و مجدداً نمونههایی به روش قبل آمادهسازی شد و توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی مورد بررسی ریزساختاری قرار گرفت. جهت بررسی کمی تصاویر متالوگرافی از نرمافزار Clemex استفاده شد. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی، پس از انجام سیکلهای عملیات حرارتی، سه نمونه از ایرفویل تهیه و مطابق با استاندارد ASTM E23 نمونهسازی و تحت آزمون تنش گسیختگی قرار گرفت.
نتایج و بحث
آنالیز شیمیایی نمونه تهیه شده از پره متحرک در ابتدای ورود در جدول 1 آورده شده است. شکل 1 الگوی پراش EDS از سوپرآلیاژ مذکور را نشان میدهد. با مقایسه آنالیز حاصله با مراجع استاندارد [15] جنس پره متحرک فوق با سوپرآلیاژ پایه آهن- نیکل A-286 مطابقت دارد.
