بررسی اثر دمای ریختگی بر ریزساختار و خواص کششی گرم سوپرآلیاژ پایه آهن -نیکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مرکزتحقیقات مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران،

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی و فناوری های نوین، دانشگاه صنایع و معادن ایران،

چکیده

در این پژوهش اثر دمای ریخته‌گری سوپر آلیاژ پایه آهن و نیکل N-155 بر مشخصات ریزساختاری و خواص مکانیکی گرم در این پژوهش اثر دمای ریخته‌گری سوپر آلیاژ پایه آهن - نیکل N-155 بر مشخصات ریزساختاری و خواص کشش گرم آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. مذاب در دماهای 1420، 1460، 1500، 1540 و 1580 درجه سانتی گراد به داخل قالب‌های سرامیکی پیش‌گرم شده در محیط خلاء ریخته-گری شدند. سپس نمونه‌های ریخته شده در یک محفظه عایق تا دمای محیط سرد شدند. نتایج نشان داد که ریزساختار ریختگی آلیاژ شامل تک فاز گاما و فازهای رسوبی کربونیتریدی (MCN) است. در دمای ریختگی کمتر از 1460 ریز ساختار آلیاژ بدلیل وجود کاربید های اولیه شامل دانه های هم‌محور ریز است و با افزایش دمای ریختگی ریز ساختار اصلاح شده دندریتی درشت در جهت انتقال حرارت رشد یافته اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که مورفولوژی فاز کاربیدی در دمای کمتر از 1460 از شکل script-like و بلوکی شکل در زمینه و مرز دانه ها در دماهای بالاتر به شکل فیلم های نازک و ناپیوسته عمدتا در مرز دانه آستنیت تبدیل شده اند. نتایج آزمون استحکام کششی گرم نشان داد که با افزایش دمای ریختگی تا 1500 درجه سانتی گراد بدلیل ایجاد ساختار اصلاح شده استحکام کششی تا 310 مگاپاسکال افزایش یافته است و با افزایش بیشتر دمای ریختگی بدلیل افزایش اندازه دانه و تغییر مورفولوژی کاربید به 245 مگاپاسکال کاهش پیدا کرده است، همچنین درصد ازدیاد طول به طور پیوسته با افزایش دمای ریخته‌گری افزایش پیدا کرده است

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

effect of pouring temperature on micro structure and hot tensile on Nickle-Iron base super alloy

نویسندگان [English]

  • Alireza Mirak 1
  • mahsa ghodsi 2
1 Material Research and Manufacturing Technology, MUT University.
2 M.Sc. Student, Faculty of Engineering & High-Technology, Iran University of Industries & Mines,
چکیده [English]

In this research effect of pouring temprature on the microstructure charactristics and hot tensile properties of an experimental Ni-Fe based superalloy N-155 has been investigated. the the melt was made in induction furnece by vacuum melting . All samples were poured in the preheated ceramic mould in different pouring temprature include of 1420, 1460, 1500, 1540 and 1580 °C and cooled down to room temprature in insolated conditions. The microstructure charactristics was analised by SEM and EDS tecniques. The hot mechanical properties was caried out in 816°C for each casting condition. The results show that the main microstructure consist of austenite as only dominate phase and the secand perciptation phase concist of MCN carbunitride as shown in continuse films precipteted in a long of grain boundries. A fine equiaxed / cellural structure can be shown in pouring temprature less than 1460°C due to initial dissolved carbids. The microstructure was modified to coarse dendritic structure inlongated in heat transpher direction at higher pouring temprature around of 1500 °C. The SE images showed that the carbides morphology are blocy and short script-like in matrix respectivly was preciptated in lower superheat while in higher temprature that change to the thin and non-continouse films which preciptated around of grains boundries. The hot UTS strength reached to 310 Mpa in 1500 °C due to modified structure and reduced to 245 Mpa because of enlarged grains and also elongation increases as pouring temprature rises.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ni-Fe base super alloy
  • pouring temperature
  • Microstructure
  • hot mechanical properties

[1]

C.T.Sims, N.S.Stoloff, W.C.Hagel, Superalloys II, Wiley .j, 1987.

[2]

R.H.Jeal, "High temperature materials in gas turbine engines," Materials & Design, vol. 9, no. 4, pp. 213-219, 1988.

[3]

Z.H. Gu, H.Y. wang , N. Zheng, M. Zhe, L.L. jian, W. Wang, Q.C. Jian, Effect of Melt Superheating treatment on the cast microstructure of Mg-J. Mater. Sci. 43 (2008) 980-984.

[4]

X.F. Li, F. Zhang, F.Q. Zu, X. Lv, Z.X. Zhao, D.D. Yang, effect of liquid-liquid structure transition solidification  of Sn-0.7Cu, J. Alloys Compd. (2010),

[5]

D. Qiu, M.X. Zhang, J.A. Taylor, H.M. Fu, P.M. Kelly, microheterogenity of liquid metal solution and its influence on the structure and properties of rapidly quenched alloys, Acta Mater. 55 (2007)1863.

[6]

P.S.Popel, M.C.Dahlborg, U.Dahlborg, "Metastable microheterogeneity of melts in eutectic and monotectic systems and its influence on the properties of the solidified alloy," Non-Crystalline Solids, vol. 353, pp. 3243-3253, 2007.

[7]

M. Pouranvari, A. Ekrami, A.H. Kokabi, microstructure development during transient liquid phase bonding of GTD111 Ni-base superalloy, Alloys Compd. 461 (2008) 641.

[8]

C. Wang, J. Zhang∗, L. Liu, H. Fu, Microstructure evolution of directionally solidified DZ125 superalloy with melt superheating treatment, Journal of Alloys and Compounds 508 (2010) 440–445

[9]

F.S. Yin, X.F. Sun, J.G. Li, H.R. Guan, Z.Q. Hu, "Effects of melt treatment on the cast structure of M963 superalloy," Scripta Materialia, vol. 48, pp. 425-429, 2003.

[10]

F.S.Yin, X.F.Suna, H.R.Guana, Z.Q.Hua, "Effect of thermal history on the liquid structure of a cast nickel-base superalloy M963," Journal of Alloys and Compounds, vol. 364, pp. 225-228, 2004.

[11]

F.S. Yin, X.F. Sun, H.R. Guan, Z.Q. Hu, Effect of thermal history on the liquid structure of cast nickel- base superalloy M963, J. Alloys Compd. 364 (2004) 225–228

[12]

L.Liu, F.Sommer, H.Z.Fu, "Effect of solidification conditions on MC carbides in a nickel-basesuperalloy IN 738 LC," Scripta Metallurgica et Materialia, vol. 30, no. 5, pp. 587-591, 1994.

[13]

F. Long, Y.S. Yoo, C.Y. Jo, S.M. Seo, Y.S. Song, T. Jin, Z.Q. Hu, Formation of η and σ phase in there polycrystalline superalloy and their impact on tensile properties , Mater. Sci. Eng. A 527(2009) 361.

[14]

N.El-Bagoury, A.Nofala, "Microstructure of an experimental Ni base superalloy under various casting conditions," Materials Science and Engineering A, vol. 527, pp. 7793-7800, 2010.

[15]

F. Beneduce,* A. Mitchell, S. L. Cockcroft, and A. J. Schmalz, Primary carbide solution during the melting of superalloys,  Superalloys, Edlted by R. D. Kissmger, D. J. Deye, D. L Anton,A. D. C&l, M. V. Nathal, T. M. Pallack, and D. A. Woodford  the Minerals, Metals &Materials Society, 1996.

[16]

Y. Feng-shi, S. Xiao-feng , Y. Chao, G. Heng-rong, H. Zhuang-qi, effect of melt superheating on the morphology of MC carbide in a cast Ni-base superalloy M963, Journal of Wuhan University of Technology - Mater. Sci. Ed., Vol.17,No3, 2002.

[17]

Z. H. Zhong, Y.Gu, Y.Yuan, "Microstructural stability and mechanical properties of a newly developed Ni–Fe-base superalloy," Materials Science & Engineering A, vol. 622, pp. 101-107, 2015.

[18]

Z.H. Zhong, Y.F. Gu, Y. Yuan, Z. Shi, "A new wrought Ni-Fe base superalloy for advanced ultra-supercritical power plant applications beyond 700 °C," Materials Letters, vol. 109, pp. 38-41, 2013.