اثر دما و زمان آنیل انحلالی ثانویه بر توزیع رسوبات γ' در سوپرآلیاژ ریختگی GTD-111

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده مواد فلزی

چکیده

ایجاد توزیعی یکنواخت از رسوبات γ'در سوپرآلیاژهای پایه نیکل از اهمیت بالایی برخوردار است. افزودن عملیات حرارتی آنیل انحلالی ثانویه به عملیات حرارتی مرسوم سوپرآلیاژ پلی‌کریستالGTD-111 که یکی از سوپرآلیاژهای پرکاربرد صنعتی است، از راههای ایجاد توزیع یکنواخت و افزایش کسر حجمی رسوبات فاز γ' است. در این تحقیق، اثر دمای آنیل انحلالی ثانویه در دماهای 960، 980 و 1000 درجه سانتیگراد و زمانهای 1، 2، 4 و 8 ساعت بر ریزساختار سوپرآلیاژ پلی-کریستالGTD-111 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌ها توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی نشان داد که آنیل انحلالی ثانویه در دمای 980 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت، سبب بهبود ریزساختار از جهت کاهش مقدار فاز مضر یوتکتیک به حدود 4 درصد حجمی و بهبود توزیع و افزایش درصد حجمی فاز استحکام‌بخش γ' به حدود 54 درصدحجمی می‌شود. مورفولوژی فاز γ' به دست‌آمده در این شرایط، مورفولوژی مطلوب مکعبی با توزیع یگانه و یکنواخت می‌باشد و این موارد از جمله تغییرات مطلوب ریزساختاری در سوپرآلیاژها هستند. در این مقاله ریزساختار سوپرآلیاژ GTD111 در شرایط مختلف آنیل انحلالی ثانویه مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌ است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of Temperature and Time of secondary solution heat treatment on γ' phase distribution of GTD-111 polycrystalline superalloy

نویسندگان [English]

  • masumeh seifollahi 1
  • seyed Mahdi Abbasi 2
  • mehrdad Tavakoli 1
  • seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed 1
2 Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

The creation of γ' phase uniform distribution is very important on the performance of superalloys. The addition of secondary solution annealing stage to the conventional heat treatment process of the GTD-111 polycrystalline superalloy which is one of the useful industrial superalloys can lead to improving the microstructure of this alloy by decreasing the amount of eutectic phase and increasing the volume percent and modifying distribution of γ' phase. In this article, the effects of temperatures of 960, 980 and 1000 °C and times of 1, 2, 4 and 8 hrs on the microstructure of GTD-111 superalloy are investigated. Microstructural investigations by OM and SEM methods show the secondary solution heat treatment at temperature of 980˚C for 4 hrs leads to improving the microstructure with respect to decreasing the eutectic phase amount to 4 volume percent and increasing the γ' strengthening phase volume percent to 54%. Also, the morphology of γ' phase after this heat treatment is cuboidal with unimodal and homogenous distribution in the matrix phase. The microstructures of GTD-111 heat treated at other temperatures and times are discussed in the article.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GTD-111 superalloy
  • secondary solution heat treatment
  • γ' phase distribution
  • eutectic phase
[1]         S. A. Sajjadi, S. Nategh, and R. I. L. Guthrie, “Study of microstructure and mechanical properties of high performance Ni-base superalloy GTD-111,” Materials Science and Engineering A325. pp. 484–489, 2002.

[2]         V. K. Panyawat Wangyao and N. P. Pongsak Tuengsook, “The Relationship Between Reheat-Treatment and Hardness Behaviour of Cast Nickel Superalloy, GTD-111,” J. Mater. Miner., vol. 16, pp. 55–62, 2006.

[3]         R. C. Reed, The Superalloys fundamentals and applications, vol. 9780521859042. 2006.

[4]         T. M. Pollock and S. Tin, “Nickel-Based Superalloys for Advanced Turbine Engines: Chemistry, Microstructure and Properties,” J. Propuls. Power, vol. 22, no. 2, pp. 361–374, 2006.

[5]         E. Lvova, “A comparison of aging kinetics of new and rejuvenated conventionally cast GTD-111 gas turbine blades,” in Journal of Materials Engineering and Performance, 2007, vol. 16, no. 2, pp. 254–264.

[6]         K.Rontong, “The effect of reheat treatments on microstructural restoration in cast nickel superalloy turbine blade, GTD-111,” Acta Metall. slovaca, vol. 11, pp. 171–182, 2010.

[7]         م. م. اصفهانی س. ح. رضوی ش. میردامادی, “تأثیر تنش حرارتی در سیکل عملیات حرارتی رسوب‌سختیبرریز‌ساختاروسختیسوپر‌آلیاژ GTD11", دومین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و جامعه ریختهگرانایران, 1387.

[8]         ا. کاظمی. س. رستگاری. حسین،عربی, “اثر سرعت سرد‌شدنپسازعملیاتحرارتیانحلالجزئیدردمای 1120 درجهسانتگیرادبرریز‌ساختارسوپر‌آلیاژ GTD111 "هفتمین سمینار ملی مهندسی سطح و عملیات حرارتی، 1385.

[9]         A. Dadkhah and A. Kermanpur, “On the precipitation hardening of the directionally solidified GTD-111 Ni-base superalloy: Microstructures and mechanical properties,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 685, pp. 79–86, 2017.

[10]       ح. عربی. م. ،دلفان, “تأثیر ترتیب اعمال سیکل پوشش‌دهیوعملیاتحرارتیبرریز‌ساختارپره‌هایمتحرکتوربین‌هایگازیساخته‌شدهازجنسسوپر‌آلیاژ GTD111,” in نوزدهمین کنفرانس بینالمللیبرق, 1383.

[11]       P. Wongbunyakul, P. Visuttipitukkul, P. Wangyao, G. Lothongkum, and P. Sricharoenchai, “Effect of reheat treatment on microstructural refurbishment and hardness of the as-cast inconel 738,” High Temp. Mater. Process., vol. 33, no. 5, pp. 453–461, 2014.

[12]       Y. Kim, D. K. Lee, I. H. Shin, J. M. Koo, and C. S. Seok, “Microstructural analysis of TMF failure mechanism of GTD-111 applied to gas turbine blades,” in Procedia Engineering, 2013, vol. 55, pp. 204–209.

[13]       C. Yang et al., “Improvement of stress-rupture life of GTD-111 by second solution heat treatment,” Mater. Des., vol. 45, pp. 308–315, 2013.

[14]       E. Balikci, A. Raman, and R. a. Mirshams, “Influence of various heat treatments on the microstructure of polycrystalline IN738LC,” Metall. Mater. Trans. A, vol. 28A, no. October, pp. 1993–2003, 1997.

[15]       C. Monti, A. Giorgetti, L. Tognarelli, and F. Mastromatteo, “On the Effects of the Rejuvenation Treatment on Mechanical and Microstructural Properties of IN-738 Superalloy,” J. Mater. Eng. Perform., vol. 26, no. 5, pp. 2244–2256, 2017.

[16]       J.M. Vitek, D. W. Gandy, S.S. Babu, G.J. Frederick,  “Alloy Development of Nickel-based superalloy weld filler metals using computational thermodynamics,” Mater. Des., vol. 27, pp. 308–315, 2007.

[17] م. توکلی، م. سیف اللهی، س. م. عباسی، "تأثیر عملیات همگن‌سازی بر ریزساختار و سختی ساختار ریختگی سوپرآلیاژ GTD111" مجله مواد و فناوریهای پیشرفته، دوره 6، شماره 4، زمستان 96،‌ صفحه 32-25.

[18]       A. R. Ibanez, V. S. Srinivasan, and A. Saxena, “Creep deformation and rupture behaviour of directionally solidified GTD 111 superalloy,” Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., vol. 29, no. 12, pp. 1010–1020, 2006.

[19]       S. A. Sajjadi, S. M. Zebarjad, R. I. L. Guthrie, and M. Isac, “Microstructure evolution of high-performance Ni-base superalloy GTD-111 with heat treatment parameters,” J. Mater. Process. Technol., vol. 175, no. 1–3, pp. 376–381, 2006.

[20]       N. El-Bagoury, M. Waly, and A. Nofal, “Effect of various heat treatment conditions on microstructure of cast polycrystalline IN738LC alloy,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 487, no. 1–2, pp. 152–161, 2008.

[21]       H. S. Lee, D. S. Kim, K. B. Yoo, and K. S. Song, “Quantitative analysis of carbides and the sigma phase in thermally exposed GTD-111,” Met. Mater. Int., vol. 18, no. 2, pp. 287–293, 2012.

[22]       J. Safari and S. Nategh, “On the heat treatment of Rene-80 nickel-base superalloy,” J. Mater. Process. Technol., vol. 176, no. 1–3, pp. 240–250, 2006.

[23]       G. Lvov, V. I. Levit, and M. J. Kaufman, “Mechanism of primary MC carbide decomposition in Ni-base superalloys,” Metall. Mater. Trans. A, vol. 35, no. 6, pp. 1669–1679, 2004.

[24]       H. lee; s. w. Lee, “the morphology and formation of gamma prime in nickel-base superalloy,” J. Mater. Sci. Lett., vol. 9, pp. 516–519, 1990.

[25]       T. M. Smith, Y. Rao, Y. Wang, M. Ghazisaeidi, and M. J. Mills, “Diffusion processes during creep at intermediate temperatures in a Ni-based superalloy,” Acta Mater., vol. 141, pp. 261–272, 2017.

[26]       B. G. Choi, I. S. Kim, D. H. Kim, and C. Y. Jo, “Temperature dependence of MC decomposition behavior in Ni-base superalloy GTD 111,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 478, no. 1–2, pp. 329–335, 2008.

[27]J.S. Van Sluytman, A. Suzuki, A. Bolcavage, R. C. Helmink, D.L. Ballard, T. M. Pollock, “Gamma prime morphology and creep properties of Nickel Base superalloys with Platinum group metal additions”, TMS, superalloys 2008.

[28]       B. G. Choi, I. S. Kim, D. H. Kim, S. M. Seo, and C. Y. Jo, “ETA Phase Formation During Thermal Exposure and Its Effect on Mechanical Properties in Ni-Base Superalloy GTD 111,” in Superalloys 2004 (Tenth International Symposium), 2004, pp. 163–171.