تاثیر فرآیند فشار داغ بر ساختار و خواص مکانیکی پره متحرک توربین گاز از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

کارشناس ارشد مهندسی مواد از دانشگاه علم و صنعت ایران- شرکت مهندسی موادکاران- گروه مپنا،

چکیده

ماهیت فرآیند ساخت پره‌های توربین گاز به روش ریخته‌گری دقیق بگونه‌ای است که ریزمک‌های انجمادی در مقاطع ضخیم و در ‌فضای بین شاخه‌های دندریتی در حین انجماد تشکیل می‌شود. این ریزمک‌ها با تشکیل ترک در شرایط کاری و در نتیجة بارگذاری، موجب کاهش عمر مفید و شکست پیش از موعد پره‌ها می‌گردند. در این تحقیق، با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی و نوری مجهز به سیستم تحلیل‌گر تصویری، تغییرات ساختاری و همچنین میزان ریزمک‌های انجمادی پره متحرک توربین گاز از جنس IN738LC در شرایط قبل و بعد از اعمال فرایند فشار داغ مورد بررسی و خواص مکانیکی آنها نیز مورد مقایسه قرار گرفته است. تحقیقات نشان داده است که اعمال فرآیند فشار داغ موجب موجی شدن بیشتر مرزدانه، حذف و یا کاهش میزان ریزمک‌های انجمادی، افزایش عمر خزشی و همچنین افزایش درصد ازدیاد طول نسبی در آزمایش‌های کشش و خزش گردیده ولی تاثیری بر استحکام تسلیم سوپرآلیاژ پایه نیکل ندارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of hot Isostatic pressing on microstructure and mechanical properties of nickel based gas turbine blade

نویسنده [English]

  • Ali Mohammad Kolagar
MSc., Material Science and Engineering, Iran University science & Technology, MavadKaran Engineering Company, Mapna Group
چکیده [English]

Solidification microporosity forms within dendritic space of gas turbine blades at large section in investment casting. Microporosity content more than permissible limit significantly reduces mechanical properties of turbine blades at the service conditions. In these work effects of Hot Isostatic pressing (HIP) followed by standard heat treatment cycle process on microstructural characteristics such as grain boundaries serration, microporosity content and mechanical properties of Ni-base superalloy IN738LC have been investigated by optical, Scanning Electron Microscopy (SEM) and practical experiments. The results of studies have shown that hot isostatic pressing provides more serration at grain boundary and could mostly eliminate or reduce microporosity, was generated during solidification by means of sintering. HIP is able also to improve creep life and ductility but has no effect on yield stress at tensile experiment.

Key Words: Hot Isostatic pressing, Ni-base superalloy, Solidification microporosity, mechanical properties

Key Words: Hot Isostatic pressing, Ni-base superalloy, Solidification microporosity, mechanical properties

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hot Isostatic pressing
  • Ni-base superalloy
  • Solidification microporosity
  • Mechanical properties

]1[. رضا شرقی، "مکانیزم‌های تخریب و تخمین عمر خزشی سوپرآلیاژIN738LC"، پایان نامه دکتری، دانشکده علم مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی شریف، دی 1382.

]2[. علی‌محمد کلاگر، "تخمین عمر باقیمانده قطعات داغ (پره متحرک ردیف اول توربین گاز فریم 5)"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران، بهمن 1379.

[3]. Amir Rezaei, Seyed Ebrahim Vahdata, ” Study of Effects of Temperature and Pressure in HIP Process on Mechanical Properties of Nickel-based Superalloys”, 5th International Conference of Materials Processing and Characterization, 2016.

 [4]. R. Chandramouli, “Hipping”,  Associate Dean-Research, SASTRA University, Thanjavur-613 401, NPTEL - Mechanical Engineering – Forming, (2002) 1-5.

[5]. Hot Isostatic pressing simple equations for better materials, Bodycote plc 2014.

[6]. G. E. Wasielewski and N. R. Lindblad,” Elimination of Casting Defects Using HIP”, General Electric, Gas Turbine Products Division, Schenectady, New York,(1982).

[7]. G. V. Drunem, J. Liburdi, W. Wallace & T. Terada, Proceeding of the Conference on Advanced Fabrication Process, Florence, Italy September, (1978).

[8]. H.V. Atkinson and S. Davies,” Fundamental Aspects of Hot Isostatic Pressing: An Overview”, Metallurgical and Materials Transaction A, Volume 31A, December 2000.

 [9]. M. Lamberigts, E.Diderrich &D. Coutsouradis, Superalloys, (1980)285-294.

[10]. A. K. Koul, J. P. Immarigeon and W. Wallace, “Advances in High-Temperature Structure Materials and Protective Coating”, Canada, (1994).

[11]. “Elbar Casting Process Specification”, EPS 40, Material IN738LC, Investment Vacuum Casting, 1988.

 [12]. ASTM E8/8M,“Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials”,(2016)

[13]. ASTM E21, “Standard Test Methods for Elevated Temperature Tension Tests of Metallic Materials”, (2009).

[14]. ASTM E139-11, “Standard Test Methods for Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials”, (2011).

[15]. Y .H. Zhany, Q. Z. Chen and D. M. Knowles, Mat. Sci. Tech. Dec. Vol.17, (2001) 1551-1556.

[16]. T. Link and M. F. Kniepmeier Met. Trans. A, Vol.23A, Jan (1992) 99-105.

[17]. R. G. Davies and N. S. Stolff, Metall. Sec. AIME, Vol.133, (1965) 714-719.

[18]. D. M. Shah and D. N. Duhl, J. Met. 33 (1981) 24-32.

[19]. M. Dollar, I. M. Bernstem, Superalloys 1988, Edited by S.Richamman, The Metallurgical Society, Warrendale, Pennsylvania, U.S.A, 1988.

[20]. P. H. Thornton, R. G. Davies and T. L. Johusta, Metallurgical Transaction1A, 1970 207-217.

[21]. D. Bettge, W. Dsterle and J. Zieds, Z.Metallkad, 86(1995) 190-197.

[22]. J. C. Beddoes and W. Wallace, Metallography 13, (1980) 185-194.

[23]. H. Burt, J. P. Dennison, I. C. Elliott and B. Wilshire, Mat. Sci. Eng. 53, (1982) 245-250.