بررسی تأثیر دمای عملیات حرارتی انحلال بر سختی و ریزساختار سوپرآلیاژ اینکونل 713

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان.

3 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان

4 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

چکیده

آلیاژ اینکونل 713 برای پره‌های توربوشارژر خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله با تغییر عملیات حرارتی انحلال جزئی و ناقص در محدوده دمای 1000 تا 1200 درجه سانتی‌گراد در زمان ثابت یک ساعت، تغییرات ریزساختاری آلیاژ و ارتباط آن با سختی بررسی شده است. نتایج بیانگر این مطلب بوده که تغییرات فازی در فاصله 100 درجه سانتی‌گراد چشمگیر بوده و انجام عملیات حرارتی موجب انحلال کاربید کروم و کاربید نیکل-آلومینیم در زمینه گاما شده است. همچنین با افزایش دمای عملیات حرارتی فاز گاماپرایم در صفحات (200) و (220) انحلال پیدا کرده و این فاز در صفحه (111) دارای بیشترین پایداری در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد بوده است. در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد فاز Ni5Al3، در دمای 1100 درجه سانتی‌گراد، فاز AlNi و در دمای 1200 درجه سانتی-گراد فاز Al0.42Ni0.58 نیز نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی مشاهده شده است. با افزایش دمای عملیات حرارتی میزان تغییرات سختی در حدود 25 درصد نسبت به نمونه عملیات حرارتی‌نشده افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Heat Treatment Temperature on Superalloy Inconel 713 hardness and Microstructure

نویسندگان [English]

  • m Azadi 1
  • Mohammad Azadi 2
  • M Iziy 3
  • a Marbout 4
  • Mohammad hasan Rizi 4
1 Assistance professor, faculty of material and metallurgical engineering, Semnan University
2 Assistance professor, faculty of mechanical engineering, Semnan University
3 Bachelor of Science student, faculty of material and metallurgical engineering, Semnan University,
4 Bachelor of Science student, faculty of mechanical engineering, Semnan University,
چکیده [English]

The Inconel 713 Superalloy was used for turbocharged blades in the automobile industry. In this paper, changes in the microstructure and the hardness was studied as the temperature of the full and the partly solution heat treatments was changed in the range of 1000 to 1200°C in 1 hour. For studying the hardness of superalloy the Rockwell C hardness test was used and also the optical and the Scanning Electron Microscopy and the Electron Dispersive Spectroscopy and the X-ray Diffraction (XRD) was used to detect the microstructure and the present phases in the superalloy. The results showed that the significant change in the phases were observed when the temperature range was 100°C. The heat treatment caused to solute chromium carbides in the γ matrix. In addition, by increasing the heat treatment temperature, the γ` phase dissolved in (200) and (220) plane and this phase in the plane of (111) had the best stability in 1000°C. Phases of Ni5Al3, NiAl and Al0.42Ni0.58 were observed in the temperature of 1000, 1100 and 1200°C, respectively. As the temperature of the heat treatment increased the hardness increased 25 percent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • superalloyinconel713
  • Solution heat treatment
  • Microstructure
  • Hardness
  • Turbocharger blade
[1]Matysiak, H., Zagorska, M., Balkowiec,A.,Adamczyk, B., RafalCygan, C., Cwajna,J.,Nawrocki,J., Kurzydłowski,K.,"The microstructure degradation of the IN 713C Nickel-Based superalloy after the stress rupture tests ", Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 23,PP. 3305–3313(2014).

[2]Lachowicz, M., Dudzinski,W., Haimann,K.,Podrez-Radziszewska,M.,"Microstructure transformations and cracking in the matrix of γ-γ` superalloy Inconel 713C melted with electron beam", Materials Science and Engineering A, Vol. 479,PP. 269–276(2008).

[3] Zupanic,F.,Boncina,T.,Krizman,A., Tichelaar,F.D.,"Structure of continuously cast Ni-based superalloy Inconel 713C", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 329,PP. 290–297(2001).

[4] Binczyk, F., Gradoń, P., "Analysis of Solidification Parameters and Macrostructure of IN-713C Castings after Complex Modification",Archives of foundry engineering,Vol. 13,PP. 5-8 (2013).

[5] Salk,N.,"Metal injection moulding of Inconel 713C for turbocharger applications", Powder Injection Moulding International,Vol. 5,PP. 45-49 (2011).

[6]Kunzi,L.,Lukasi,P.,Konecna, R., "Fatigue properties of superalloy IN 713LC and relation to microstructure", Materials Science,Vol. 14, PP. 221-226(2008).

[7]Donchie,M.J.,Donchie, S.J., Superalloys A Technical Guide, ASM International, 2nd Edition, (2002).

[8] Shah, D. M.,Vega,S.,Woodard,S.,Cetel,A.D. ,"Primary creep in nickel-base super alloys", Superalloys, Vol.5,PP. 197-107, (2004).

[9] Abd El-Azim,M.E.,Hammad,F.H., The metallurgy of superalloys, Information and documentation center, atomic energy post office, thesis, (1990).

[10]Binczyk,F.,Śleziona,J.,Szymszal,J.,Gradoń,P.,"Effect of technological parameters on structure of castings made from IN-713C nickel alloy", Archives of Foundry Engineering, Vol. 11(4),PP. 9-13(2011).

[11]Binczyk,F.,Śleziona,J.,"Effect of modification on the mechanical properties of IN-713C alloy", Archives of Foundry Engineering,Vol. 10(1),PP. 195-198(2010).

[12] Azadian, S., Wei, L.Y., Warren, R.,"Delta phase precipitation in Inconel 718", Materials Characterization,Vol.53,PP. 7–16 (2004).

[13] Chamanfar, A., Sarrat, L., Jahazi, M., Asadi, M., Weck, A., Koul, A.K., "Microstructural characteristics of forged and heat treated Inconel-718 disks", Materials and Design, Vol. 52, P.P 791–800, (2013).

[14] Nayan,N., Gurao,N.P., NarayanaMurtyAbhay,S.V.S, Jha, Bhanu Pant, K., George, M., "Microstructure and micro-texture evolution during large strain deformation of Inconel alloy IN718", Materials Characterization, Vol. 110, P.P 236-241, (2015).

[15] Yeh, A.C., Lu,K.W., Kuo, C.M., Bor, H.Y., Wei, C.N., "Effect of serrated grain boundaries on the creep property of Inconel 718Superalloy", Materials Science and Engineering A, Vol. 530, P.P 525–529, (2011).

[16] Fisk, M., Andersson, J., duRietz, R., Haas, S., Hall, S., "Precipitate evolution in the early stages of ageing in Inconel718 investigated using small-angle x-ray scattering", Materials Science andEngineeringA, Vol. 612, P.P 202–207, (2014).

[17]Kuo, C.M. ,Yang, H., Bor,Y., Wei,C.N.,Tai, C.C.,"Aging effects on the microstructure and creep behavior of Inconel 718 superalloy", Materials Science and Engineering A, Vol. 510–511,PP. 289–294(2009).

[18] دلفان،م. عربی،ح. تاثیر ترتیب سیکل پوشش­دهی وعملیات حرارتی بر ریزساختار پرده­های متحرک توربین­های گازی ساخته شده از سوپرآلیاژGTD-111، نوزدهمین کنفرانس بین­المللی برق، تهران 1383.

[19]سجادی،ع.،باباخانی،ا.،یوسفثانی،م.ح.،  بررسیریزساختارپرههایمستعملردیفاولتوربینگازیوتعیینسیکلعملیاتحرارتیمناسببرایبازیابیساختاراولیهآنها، نشریهمهندسیمتالورژیومواد، سالبیستویکم،شمارهیک، 1388.

[20] Bhambri,A. K.,Kattamis,T. Z.,Morral,J. E.,"Cast Microstructure of Inconel 713C and its dependence on solidification variables", Metallurgical Transactions B, Vol. 6,PP. 523-538(1975).

[21]Oates, D.,"Microstructural changes as atime temperature indicatorin cobalt superalloys and aNiCoCrAlTaY coating", Institute of Polymer Technology and Materials EngineeringLoughborough Universitythesis, (2007).

[22]Binczyk,F.,leziona,J.,"Phase transformations and microstructure ofIN-713C nickel superalloy", Archives of foundry engineering, Vol.9,PP. 109-112(2009).

[24]Petronić,S.,Milosavljević,A.,"Heat Treatment Effect onMulticomponent Nickel Alloys Structure", FME Transactions, Vol.35, PP.189-193(2007).[23]Ning,Y., Huang,S., Fu,M.W., Dong,J., "Microstructural characterization, formation mechanism and fracturebehavior of the needle δ phase in Fe–Ni–Cr type superalloys with highNb content", Materials Characterization,Vol. 109,PP. 36–42(2015).

[25]Nguyen,L., Shi,R., Wang,Y., DeGraef,M. "Quantification of rafting of γ` precipitates in Ni-based superalloys", ActaMaterialia, Vol.103, PP.322-333(2016).