بررسی حساسیت به ترک پیرکرنشی در سوپرآلیاژ IN738LC جوشکاری شده به روش TIG بدون فلزپرکننده به کمک مدل‏سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس واحد تحقیق و توسعه شرکت مهندسی موادکاران- گروه مپنا، تهران، ایران.

2 کارشناس تحقیق و توسعه شرکت مهندسی موادکاران- گروه مپنا، تهران، ایران.

3 مدیر تحقیق و توسعه شرکت مهندسی موادکاران- گروه مپنا، تهران، ایران.

4 معاون مهندسی شرکت مهندسی موادکاران- گروه مپنا، تهران، ایران.

5 استادیار، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، ایران.

چکیده

حساسیت بالای سوپرآلیاژهای پایه نیکل به انواع ترک حین جوشکاری ذوبی و عملیات حرارتی پس از آن، منجر به محدودیت جوشکاری تعمیری قطعات آسیب دیده از این جنس می‏شود. ترک پیرکرنشی، یکی از انواع ترک‏های شایع در سوپرآلیاژ IN738LC در عملیات حرارتی پس از جوشکاری است که در کارهای محدودی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش به کمک مدل‏سازی عددی، حساسیت به ترک پیرکرنشی در سوپرآلیاژ IN738LC جوشکاری شده به روش TIG بدون فلز پرکننده، بررسی شد. نتایج مربوط به مدل‏سازی حرارتی- مکانیکی و همچنین ارزیابی تجربی مقطع عرضی نمونه‏های جوش بدون فلز پرکننده پس از عملیات حرارتی پس­گرم، نشان داد تنش و کرنش پلاستیک عرضی (و نه طولی) معیار اولیه مناسبی برای ارزیابی حساسیت سوپرآلیاژ به ترک پیرکرنشی است و به نظر می‏رسد در صورتی که کرنش پلاستیک عرضی بیش از %6/4 باشد، احتمال وقوع این ترک پس از عملیات حرارتی پس­گرم، بسیار بالا خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of strain aging cracking susceptibility in IN738LC superalloy welded by autogenous TIG welding using numerical modeling

نویسندگان [English]

  • Narges Tabrizi 1
  • Pouria Raissi 2
  • Ali Mohammad Kolagar 3
  • Mohammad Cheraghzadeh 4
  • Eslam Ranjbarnodeh 5
1 Expert of Research and Development Department of Mavad Karan Engineering Company, Mapna Group, Tehran, Iran.
2 Expert of Research and Development Department of Mavad Karan Engineering Company, Mapna Group, Tehran, Iran.
3 Research and development Manager at Mavad Karan Engineering Company, Mapna Group, Tehran, Iran.
4 Deputy Egineering of Mavad Karan Engineering Company, Mapna Group, Tehran, Iran.
5 Assistant Professor, Materials Science & Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

The nickel-based superalloys high sensitivity to various types of cracks during fusion welding and post welding heat treatment, leads to limitations in the repair welding of damaged parts of this material. Strain aging crack is a type of prevalent crack in the IN738LC superalloys that occurs during the post-weld heat treatment, which was investigated in few studies. In this study, using numerical modeling, the susceptibility to strain aging cracking in IN738LC superalloy welded by TIG method without filler metal was investigated. The results of thermal-mechanical modeling as well as experimental evaluation of cross-section of the autogenous welded samples after post-heat treatment showed that the transverse plastic strain of (rather than longitudinal) plastic is a suitable preliminary criterion for evaluating the susceptibility of superalloy to the strain aging cracking and it seems that if the plastic transverse strain is more than 4.6%, the probability of this crack occurring after post weld heat treatment will be very high.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Strain aging crack
  • IN738LC Superalloy
  • finite element modeling

مراجع

 [1]. Prager, M. and C. Shira, "Welding of precipitation-hardening nickel- base alloys (Welding precipitation hardenable Ni base alloys noting heat treatment, microfissuring, strain age cracking and other intricacies", Welding Research Council Bulletin, 1968. 6: 128-155.
[2]. Haafkens, M. and J. Matthey, "A new approach to the weldability of nickel-base As-cast and power metallurgy superalloys", Welding Journal, 1982. 61(11): 25-30.
[3]. Jahnke, B., “High temperature electron beam welding of the nickel base superalloy IN738LC”, Welding Journal, 1982. 61(11): 343s-347s.
[4]. Su, C., et al., “Plasma transferred arc repair welding of the nickel-base superalloy IN-738LC”. Journal of materials engineering and performance, 1997. 6(5): 619-627.
[5]. Ojo, O., N. Richards, and M. Chaturvedi, “Contribution of constitutional liquation of gamma prime precipitate to weld HAZ cracking of cast Inconel 738 superalloy”, Scripta Materialia, 2004. 50(5):  641-646.
[6]. Ojo, O., N. Richards, and M. Chaturvedi, “Liquation of various phases in HAZ during welding of cast Inconel 738LC”, Materials science and technology, 2004. 20(8): 1027-1034.
[7]. Lim, L., J.-Z. Yi, and N. Liu, “Mechanism of post-weld heat treatment cracking in Rene 80 nickel-based superalloy”, Materials science and technology, 2002. 18(4): 407-412.
[8]. Thamburaj, R., J. Goldak, and W. Wallace, “The influence of chemical composition on post-weld heat treatment cracking in Rene 41”, SAMPE Quarterly, 1979. 10: 6-12.
[9]. Thamburaj, R., W. Wallace, and J. Goldak, “Post-weld heat-treatment cracking in superalloys”, International metals reviews, 1983. 28(1): 1-22.
[10]. Richards, N. and M. Chaturvedi, “Effect of minor elements on weldability of nickel base superalloys”, International Materials Reviews, 2000. 45(3): 109-129.
[11]. Qian, M. and J. Lippold, “The Effect of Grain Boundary Character Distribution on the Repair Weldability of Waspaloy”, Proc. 6th Int. Conf. on ‘Trends in welding research’, Phoenix, Arizona, USA, April 2002.
[12]. Lim, L., et al., “Cyclic overaging heat treatment for ductility and weldability improvement of nickel-based superalloys”, Materials science and technology, 2002. 18(4): 413-419.
[13]. Sidhu, R., N. Richards, and M. Chaturvedi, “Post-weld heat treatment cracking in autogenous GTA welded cast Inconel 738LC superalloy”, Materials science and technology, 2007. 23(2): 203-213.
[14]. Egbewande, A., R. Buckson, and O. Ojo, “Analysis of laser beam weldability of Inconel 738 superalloy”, Materials characterization, 2010. 61(5): 569-574.
[15]. Bonifaz, E. and N. Richards, “Modeling cast IN-738 superalloy gas tungsten arc welds. Acta Materialia”, 2009. 57(6): 1785-1794.
[16]. Danis, Y., E. Lacoste, and C. Arvieu, “Numerical modeling of inconel 738LC deposition welding: Prediction of residual stress induced cracking”, Journal of Materials Processing Technology, 2010. 210(14): 2053-2061.
[17]. Athiroj, A. and P. Wangyao, “Effect of TIG Welding Parameters on Strain-age Cracking in Joining Nickel-based Superalloy, GTD-111 with IN625”, Journal of Metals, Materials and Minerals, 2015. 25(2): 17-21.
[18]. اسلام رنجبر نوده،"مدل سازی تنش های پسماند جوشکاری در اتصال نا متجانس فولاد ساده کربنی به زنگ نزن"، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی علم مواد، بهمن ماه 1389.
[19]. Goldak, J.A. and M. Akhlaghi, “Computational welding mechanics. 2006”,: Springer Science & Business Media.
[20]. Belytschko, T., W. Liu, and B. Moran, “Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures–New York. 2000”, J. Wiley & Sons.
[21]. INCONEL alloy 625, Spec. Met. Corp. (2013). http://www.specialmetals.com/documents/Inconel alloy 625.pdf (accessed August 30, 2016).
[22]. Alloy IN738LC Technical data, Nickel institute, (2020).
[23]. De, A. and T. DebRoy, “A smart model to estimate effective thermal conductivity and viscosity in the weld pool”, Journal of Applied Physics, 2004. 95(9): 5230-5240.
[24] Olson, M.D., et al., “Measured biaxial residual stress maps in a stainless-steel weld. Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science”, 2015. 1(4): 041002.
[25]. Masubuchi, K., “Analysis of welded structures: residual stresses, distortion, and their consequences”, 2013: Elsevier, p. 225.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 مهر 1400
  • تاریخ بازنگری: 27 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 18 دی 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار