بررسی اثر سرعت سردشدن در فرایند انجماد جهت دار بر ساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ پایه نیکل gtd-111
چکیده
فرایند انجماد جهت دار سوپرآلیاژها یکی از فناوری های پیشرفته جهت ارتقاء خواص مکانیکی دمای بالای قطعات داغ مورد استفاده در توربین های گازی است. در این تحقیق اثر سرعت سرد شدن در فرایند انجماد جهت دار بر ساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ پایه نیکل gtd-111 مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نمونه های میله ای شکل به قطر 12 و ارتفاع 200 میلیمتر از شمش پلی کریستال آلیاژ تهیه شد. فرایند انجماد جهت دار بریجمن تحت خلأ با استفاده از قالب های سرامیکی و مبرد مسی آبگرد روی نمونه ها اعمال گردید. برای بررسی اثر سرعت سرد شدن، فرایند در سرعت های کشش قالب مختلف شامل 1، 3، 6 و 9 میلیمتر بر دقیقه انجام شد. برای تعیین دماهای تغییر حالت آلیاژ از آزمون dsc استفاده شد. عملیات حرارتی آنیل انحلال و پیرسازی تحت خلأ روی نمونه های ریختگی اعمال گردید. کلیه نمونه ها در راستای طولی و عرضی برش خورده و ساختارهای ماکروسکوپی و میکروسکوپی آن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. تخلخل میکروسکوپی و ساختارهای دانه بندی، دندریتی و میکروسکوپی نمونه ها توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی مجهز به eds بررسی گردید. برای بررسی خواص مکانیکی، سختی، خواص کششی دمای محیط و خواص خزشی نمونه های جهت دار اندازه گیری شد. نتایج بدست آمده، ساختار دانه بندی ستونی نسبتاً مشابهی را در کلیه سرعت های سرد شدن نشان داد. با دور شدن از سطح مبرد، تعداد دانه ها کاهش یافت. افزایش سرعت سرد شدن، کاهش فواصل بین بازوهای اولیه و ثانویه دندریتی را نشان داد. همچنین با افزایش سرعت سرد شدن، درصد ریزتخلخل در نمونه های ریختگی بیشتر شد و اندازه کاربیدها و میزان یوتکتیک گاما- گاماپرایم در ساختار کاهش یافت. نتایج آزمون کشش در دمای محیط نشان داد که نمونه های جهت دار از استحکام تسلیم و استحکام کششی نهائی بیشتری نسبت به نمونه های پلی کریستال برخوردار بوده و انعطاف پذیری آن ها قدری کمتر از نمونه های پلی کریستال است. آزمون تنش- گسیختگی دمای بالا- تنش پایین نشان داد که نمونه های جهت دار از عمر گسیختگی خیلی بالاتری نسبت به نمونه های پلی کریستال برخوردارند و افزایش سرعت سرد شدن نیز خواص آن ها را ارتقا می بخشد.