بخشی از مقاله
چکیده
بازسازی پرههای توربین گازی که معمولاً از جنس سوپر آلیاژهای پایه نیکل میباشند، معمولاً با حساسیت بالای مهندسی و به روشهای جوشکاری خاص انجام میشود. در این میان آلیاژ IN713LC به علت سطح بالای عناصر تیتانیوم و آلومینیم ، بیشترین تمایل به ترک گرم را دارد. روش جوشکاری و پوشش دهی الکترواسپارک - ESD - به صورت ذاتی با حرارت دهی بسیار پایین تری نسبت به سایر فرایندهای متداول مانند GTAW و لیزر عمل مینماید. هدف این تحقیق بررسی قابلیت استفاده از فرایند ESD برای لایه نشانی آلیاژ ریختگی IN713LC با هدف کنترل ترک ذوبی است. در این تحقیق از دستگاه پوشش دهی ESD ساخته شده در دانشگاه تربیت مدرس برای تعمیر سطحی قطعات ریختهگری IN713LC - به ضخامت 5 میلیمتر - با استفاده از الکترود هم جنس - به قطر 4 میلی متر - استفاده شد.
در این تحقیق تأثیر عواملی مانند ولتاژ ، زمان روشن بودن پالس ، و فرکانس در قالب انرژی جرقه و همچنین سطح مقطع پوششها به روش متالوگرافی نوری و روبشی الکترونی برای شناسایی ترکهای انجمادی در فلز جوش و ترک های ذوبی در فلز پایه موردمطالعه قرار گرفت. یافته های آزمایشها نشان میدهد بهطورکلی ساختار لایه ESD از سلول های فاز تشکیل شده است که به صورت هم بافته از زیر لایه رشد میکنند و ساختاری جهتدار در امتداد رشد پوشش را تشکیل میدهند. اما درعینحال انرژی جرقه تأثیر زیادی بر روی ریزساختار فلز جوش دارد و با کاهش این پارامتر از 118/69 میلی ژول به 0/2 میلی ژول میزان مؤلفه ترک ذوبی در زیر لایه از 0/25 به 0/003 کاهش مییابد. و همچنین با افزایش انرژی جرقه نرخ رسوب دهی نیز افزایش مییابد.
کلمات کلیدی: پوششدهی الکترواسپارکESD، سوپر آلیاژهای پایه نیکل، ترکیدگی گرم، آلیاژ IN713LC
مقدمه
سوپر آلیاژهای پایه نیکل اغلب در صنایع هوافضا بهعنوان پرههای توربین موتورهای جت مورداستفاده قرار میگیرد. دلیل استفاده این آلیاژها مشخصات رضایتبخش این آلیاژها در پاسخگویی به نیازهای صنایع هوافضا است. ازجمله این مشخصات عبارت اند از: مقاومت حرارتی در دماهای بالا، مقاومت در برابر آسیبهای خستگی، مقاومت در برابر جریانهای مخرب گازی و غیره. ازجمله این آلیاژها، آلیاژ ریختگی IN713LC است.[1-3]وجود عیوب ریختگی بهویژه در سطح یک مشکل معمول در سوپر آلیاژها است. عملیات محافظت سطحی مناسب می تواند طول عمر این قطعات در دماهای بالا را از طریق افزایش مقاومت در برابر محیطخوردندِ و همچنین جلوگیری از جوانهزنی ترک از عیوب سطحی، افزایش دهد .[4]
تعداد بسیار زیادی سوپر آلیاژ با جوش پذیری های متفاوت ابداع شده است. آلیاژهای محلول جامد به علت اینکه تغییرات متالورژیکی عمدهای حین گرمایش و سرمایش جوش ندارند، جوش پذیری مناسبی دارند. آلیاژهای رسوب سخت نیاز به ملاحظات بیشتری حین جوشکاری دارند. رسوبات این آلیاژها دارای آلومینیوم، تیتانیوم و نیوبیوم هستند. این عناصر به راحتی اکسید می شوند و بنابراین به محافظت بیشتری حین جوشکاری نیاز است. علاوه بر آلومینیوم، تیتانیوم و یا نیوبیوم، عناصر دیگری برای بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی افزوده میشود، مانند بور و زیرکونیوم که برای بهبود رفتار دمای بالا افزوده میشود اما این عناصر جوشپذیری را کاهش می دهند.
عناصر زیاد دیگری هستند کهعمداً افزوده نمی شوند اما در مقادیر بسیار کم می توانند در آلیاژ حضور داشته باشند - مانند سرب و روی - و بر خواص اثر سوء دارند. این عناصر در سوپر آلیاژ نامحلول اند و می توانند سبب ترکیدگی گرم حین انجماد جوش گردند. سولفور در مقادیر بالا بسیار مخرب است اما وجود مقادیر بسیار کم این عنصر میتواند سبب ایجاد جوش با نفوذ کم گردد .[5]میزان مستعد بودن به ترکیدگی ناشی از کرنش رسوبدهی با افزایش مقدارTi و Al که رسوب گذاری گاما پرایم را تشویق می کنند و همچنین با افزایش عناصر کربن، سولفور و بور، افزایش مییابد.
جوشپذیری سوپر آلیاژهای پایه نیکلی و میزان مستعد بودن به ترکیدگی ناشی از کرنش رسوب دهی به طور کیفی مشابه شکل 2-2 به وسیله ی رسم مقدار Al نسبت به مقدار Ti مورد ارزیابی قرار میگیرد. هنگامیکه مقدار Al-Ti برای یک آلیاژ خاص از مقدار بحرانی خاصی افزایش یابد، فرض بر این است که جوشکاری آلیاژ مشکل می شود و با افزایش این مقدار به طور فزایندهای آلیاژغیرقابل جوشکاری می شودمعمولاً. مقدار Al-Ti برابر با 4 درصد وزنی به عنوان مقدار بحرانی در نظر گرفته میشود .[6]این سادهسازی بیشازحد فاکتورهای مشارکت کننده در ترکیدگی، تغییرات میکرو ساختاری در اثر فرآیندهای ترمودینامیکی و عملیات حرارتی را در نظر نمیگیرد. حین جوشکاری تمامی آلیاژهایی که در دو طرف قرار میگیرند لازم است ملاحظاتی در مورد عملیات بحرانی، اندازه دانه و نرخ سرمایش در نظر گرفته شود .[7]
فرآیند پوشش دهی الکترواسپارک - ESD - یک فرآیند میکرو جوشکاری است که توانایی پر کردن نواحی خسارت دیده و تعمیر پوششهای خسارتدیده و ایجاد رسوبات مقاوم به سایش و مقاوم به خوردگی برای افزایش عمر ابزار را دارد. در فرآیند ESD پالس های الکتریکی با دوره کوتاه و جریان بالا، الکترود مصرف پذیر را بر روی زیر لایه مینشاند. اساس فرآیند به این شکل است که وقتی الکترود با زیر لایه تماس برقرار میکند جرقه الکتریکی زده میشود که این باعث ذوب شدن جزئی الکترود و زیر لایه میشود. ازآنجاییکهتقریباًًهمه آلیاژهای هادی الکتریسیته را به این روش می توان رسوب داد، روش مذکور برای ترمیم نواحی خسارت دیده کوچک به عنوان مثال مناطق دچار سایش یا خوردگی موضعی ایده آل است. همچنین برای ایجاد پوششهای آلیاژی سخت پوشی بر روی سطح فلز پایه برای افزایش سختی و استحکام سایشی و خوردگی از این روش میتوان
