تاثیر شرایط کاری بر ریزساختار و مکانیزم‌های تغییر فرم خزشی پره‌‌های توربین ‌گاز از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکلIN738LC

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مدیر تحقیق و توسعه شرکت مهندسی موادکاران

2 معاون مهندسی شرکت مهندسی موادکاران

3 کارشناس واحد تحقیق و توسعه شرکت مهندسی موادکاران

4 کارشناس واحد مهندسی محصول شرکت مهندسی موادکاران

چکیده

با توجه به اینکه پره‌های توربین گاز در حین سرویس در شرایط مختلفی از دما و تنش قرار دارند لذا مکانیزم‌های تغییر فرم خزشی متفاوتی می‌تواند در پره‌ها فعال شده و باعث از کارافتادگی آنها گردد. شناسایی هر یک از مکانیزم‌های تغییرفرم خزشی در شرایط کاری، کمک می‌کند تا طراحی عمر مفید پره‌ها با قابلیت اطمینان بالاتری صورت پذیرد. در این تحقیق با بررسی‌های ریزساختاری و همچنین با استفاده از مدل‌های ریاضی موجود که به مکانیزم‌های خزشی وابسته‌اند، رفتار خزشی سوپر آلیاژ IN738LC برای پره‌های متحرک نو و مستعمل با 30000 ساعت کارکرد معادل مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. بررسی ریزساختار شامل اندازه‌گیری درصد سطحی 'γ، اندازه فازهای'γ اولیه و ثانویه و مشاهده تغییرات مورفولوژی فازهای رسوبی ازجمله کاربیدهای مرزدانه و تشکیل حفرات خزشی ایجاد شده در پره مستعمل نسبت به پره نو بوده که توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روی نمونه‌های تهیه شده از پره‌‌ها انجام شده است. همچنین مکانیزم‌های فعال تغییر فرم خزش در پره‌های نو و مستعمل در شرایط مختلف آزمون‌های تنش– گسیختگی و همچنین در شرایط واقعی کارکرد آنها شناسایی و مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. نتایج نشان داده است که در شرایط خزشی C760/MPa586 مکانیزم‌های برش و اورووان برای هر دو پره نو و مستعمل فعال می‌باشد در حالی که در شرایط خزشی C982/MPa152، برای پره نو مکانیزم‌های خزش نفوذی، لغزش مرز‌دانه و صعود نابجایی‌ها و برای پره مستعمل نیز مکانیزم‌های اووروان و صعود فعال می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of service expose on microstructure and creep mechanisms of gas turbine blades made of IN738LC

نویسندگان [English]

  • Ali Mohammad Kolagar 1
  • Mohammad Cheraghzadeh 2
  • Narges Tabrizi 3
  • Mohammad saeed shahryari 4
1 Research and development Manager
2 Deputy of engineering
3 Expert of Research and Development Department
4 Expert of product engineering Department
چکیده [English]

Turbine blades operate on the different temperature and stress conditions. The variousmechanismscontribute to the creep process and lead to turbine blade failure. The characterization of the creep mechanisms is critical to predict the creep behavior and design the useful life of turbine blade. This paper compares the creep behaviors of new and used blades (worked 3000 equal operating hours) based on IN738 superalloys by investigating the microstructure and using the creep models. Optical and scanning electron microscopes were applied to study the volume fraction, size of the primary and secondary precipitated phases (γ'), change of the precipitated phases morphology (ex. formed continuous carbide in grain boundaries or coarsening γ')and the formation of the creep pores. Furthermore, the dominated creep mechanisms are identified and comparedthe new blades with used blades at different stress rupture tests and real work conditions. The results show that at760 oC/586 MPa, the active creep mechanismsincludes cutting and Orowan for both new and used blades. Whereas at 982 oC/152 MPa , the dislocations climb, diffusion creep and grain boundary gliding are active for new blades and Orowan and the dislocations climb are operative for used blades.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Gas turbine lade"
  • "used blade"
  • "creep mechanisms"
  • "IN738LC Ni-based superalloys"

 [1].R. A. Steven & P. E. J. Flewith,"Intermediate Regenerative HT For Extending The Creep Life of Superalloy IN738", Mat. Sci. and Eng., 1981.

[2]. A. Davin, C.L. Mertens, P.Vierset & P. Louis, “Microstructural Damage Induced during the Repair Process”, Proceeding of a Conference Held in liege, 1986.

[3]. R.A. Steven and P.E.Flewith, “Microstructural Changes which Occur During Isochronal Heat Treatment of the Nickel-Base surperalloy IN738”, Journal of Materials Science, 1978.

[4]. R. Castillo, A. Koul & J-P. Immarigeon, “The Effect of Service on the Creep Properties of Cast IN738LC Subjected to Low Stress High Tempe. Creep Condition”, Superalloy, 1988.

 [5]. رضا شرقی،”تخمین عمر پره توربین گاز“، پایان نامه دکتری، دانشگاه صنعتی شریف، زمستان 1382.

[6]. A.K. Koul, R. Castillo, “Creep Behavior of Industrial Turbine Blade Materials”, Proceeding of Materials Cogree Metals, 1993.

[7]. علی­محمد کلاگر،”تخمین عمر باقیمانده قطعات داغ“، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، زمستان 1379.

[8]. “Elbar Casting Process Specification”, EPS 40, Material IN738LC, Investment Vacuum Casting.

[9]. Roger C. Reed, “The superalloys” Fundamentals and application, Book, 2008.

[10] محمد چراغزاده،”بررسی رفتار خزشی و تغییرات ریزساختار ناشی از خزش در پره­ توربین گاز“، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، زمستان 1374.

[11]. Seyed A. Sajjadi, S. Nategh, R. I.L. Guthrie, “Study of microstructure and mechanical properties of high performance superalloy Ni-Base GTD-111”, Materials Sci. and Eng., 2002.

[12]. R.A. Steven and P.E.Flewith,,“The depence of creep rate on microstructure in a strengthened superalloy”, Acta metallurgical, Vol. 29, 1981.

[13]. W. Hoffelner, “Creep dominated damage processes”, High temperature alloy for gas turbines and other application, 1986.

[14]. P.J. Henderson, M. McLean, “Microstructural contributions to friction stress and recovery kinetics during creep of the Ni-base IN738LC”, Metallurgical transaction, Vol.31, 1993.

[15]. H. Luthy, R. A. White, O.D. Sherby,”Grain Boundary Sliding and deformation mechanism maps”, Materials Sci. and Eng., Vol.39, 1979.

[16]. X. W u and A. K. Koul, “Grain Boundary Sliding in the Presence of Grain Boundary precipitates During Transient Creep”, Metall. and Material Trans. A, Vol. 26A, 1995.

[17]. J. Roslor, E. Arzt,”The kinetics of dislocation climb over hard particles-I. Climb without attractive particle-dislocation interaction”, Acta metal., Vol.36, 1988.

[18]. E. Arzt, J. Roslor,,”The kinetics of dislocation climb over hard particles-II.” Effect of attractive particle-dislocation interaction”, Acta metal., Vol.36, 1988.

[19]. E. Arzt, M. F. Ashby, R. A. Verrall, ”Interface controlled diffusional creep”, Acta metallurgical,  Vol. 31, 1983.

[20]. P. Paufler, "J.-P. Poirier. Creep of crystals. High-temperature deformation processes in metals, ceramics and minerals”. Cambridge University Press. From Wikipedia.