مطالعه همگنسازي و رفتار ترمومكانيكي سوپر آلياژ اينكونل 718 در حين فرآيند تبديل شمش ريختگي به بيلت

احسان ايرانپور بروجني1*، حسن شيخ2، خسرو فرمنش3 و فتحاﷲ قدس4
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشگاه سمنان، دانشكده مهندسي مواد، سمنان، ايران
كارشناس ارشد، دانشگاه صنعتي مالك اشتر اصفهان، دانشكده مهندسي مواد، اصفهان، ايران
استاديار، دانشگاه صنعتي مالك اشتر اصفهان، دانشكده مهندسي مواد، اصفهان، ايران
استاديار، دانشگاه سمنان، دانشكده مهندسي مواد، سمنان، ايران
*[email protected]
(تاريخ دريافت: 22/10/1389، تاريخ پذيرش: 20/01/1390)

چكيده
به دليل كارپذيري پايين شمشهاي ريختگي اينكونل 718، نميتوان فرآيندهاي شكلدهي را مستقيماً بر روي اين گونه شمشها انجـام داد . بنابراين، تعيين سيكل همگنسازي و ترمومكانيكي مناسب براي تبديل ساختار ريختگي به ساختار كار شده بـ ه عنـوان هـدف اصـلي تحقيـق حاضر ميباشد. لذا با اعمال سيكل همگنسازي و فرآيندهاي متفاوت آهنگري داغ بر شمشهاي ريختگي اينكونـل 718، چگـونگي تبـديلساختار دندريتي ريختگي به ساختار كار شده تحقيق شد. تغييرات ريزساختاري حاصل توسط ميكروسـكوپ هـاي نـ وري و الكترونـي مـوردارزيابي قرار گرفت. در نهايت، ساختار همگن با توزيع دانهبندي يكنواخت (ASTM 2-3) به دست آمد.

واژه هاي كليدي:
سوپر آلياژ، اينكونل 718، فرآ يند همگنسازي، فرآ يند ترمومكانيكي، اندازه دانه.

1- مقدمه
س وپر آلي اژ اينكون ل 718 از گ روه س وپرآلياژهاي پاي ه نيك ل ميباشد و به دليل دارا بودن خواص مكانيكي مناسـب در حالـتكار شده، به طور گسترده در صنايع هوا- فضا، نفت و پتروشيمي استفاده ميشود. كارپذيري ساختارهاي ريختگي اين آلياژ نسبت به ساختارهاي كار شده كمتـر مـيباشـد . جـدايش شـديد عنصـرنيوبيوم از 4-3 درصد وزني در دندريتهاي اوليـ ه تـا 30 درصـد وزني در فضـاي بـين دنـدريتي بـه صـورت فـاز لاوه 1 در سـاختارشمشهاي ريختگـي آليـاژ 718 اجتنـاب ناپـذير اسـت. بنـابراين ، اســتفاده از فرآينــد همگــن ســازي مناســب بــه منظــور ارتقــاي كارپذيري آلياژ از طريق حـذف فـاز لاوه، جـدايش هـا و توزيـعيكنواخـت عناص ر آليـاژي نظي ر نيوبي وم و موليبـدن بس يار ح ائزاهميت است [6-1]. به منظور توليد قطعات پيچيدهي سوپر آليـاژاينكونل 718 از عمليات ميـاني تبديل شمش ريختـگي به شمـش كار شـده بـا انجـام فرآينـد ترمومكـانيكي 2 اسـتفاده مـي شـود . از آنجايي كه سوپر آلياژ 718 نسـبت بـه تاريخچـهي فرآينـد بسـيارحساس ميباشد، در حين فرآيند ترمومكانيكي علاوه بـر شكسـتهش دن س اختار ش مش ريختگ ي، كنت رل عوام ل م ؤثر ديگ ر ب ر خواص مكانيكي نهايي آلياژ در نظر گرفته مي شـود. پارامترهـايينظي ر توزي ع يكنواخ ت رس وبات ب ا ان دازه ي مناس ب و توزي ع يكنواخت اندازه دانه به واسطهي كنترل فرآيندهاي تبلـور مجـدددر حين تغيير شكل داغ و پس از آن از جمله اين عوامـل هسـتند [11- 7].
هدف از انجام اين تحقيق شكستن ساختار ريختگـي سـوپر آليـاژاينكونـ ل 718، حصـ ول انـ دازه دانـ ه ASTM 2-3 و بررسـ ي پديدههاي متالورژيكي است كه كمتر در تحقيقات گذشته مورد مطالعه قرار گرفتهاند و باعث تكامل ريزساختاري در حين تبـديلشمش ريختگي به شرايط كار شده ميگردند.

2- مواد و روش تحقيق
جدول (1): تركيب شيميايي شمش سوپر آلياژ اينكونل 718.
Ni Mn Ta W Si C Al Ti MO Nb Cr Fe عنصر
عنصر پايه 0/017 0/018 0/02 0/038 0/025 0/53 1/05 3/03 5/12 18/47 18/42 درصد وزني
ش مش ريختگ ي س وپر آلي اژ اينكون ل 718 ب ا اس تفاده از روش ذوب القايي در خلأ به شـكل اسـتوانهاي بـه قطـر 65 ميلـي متـر وارتفاع 100 ميليمتر تهيه شد. تركيب شيميايي شـمش در جـدول (1) آورده شده است. به منظور انجام عمليات آهنگـري داغ ، سـه نمونهي استوانهاي در ابعاد مشابه (قطر 65 ميلـي متـر و ارتفـاع 30 ميليمتر) از شمش ريختگي حاصـل تهيـه شـدند. بـه منظـور رفـعمشكل جدايش نمونههاي ريختگي و افزايش كارپذيري نمونهها، سيكل همگنسازي دو مرحلهاي در دماهاي 1150 و 1200 درجه سانتيگراد به ترتيب در مدت زمانهاي 6 و 4 ساعت بر روي هر سه نمونه انجام شد. پس از بررسي تصاوير ميكروسـك وپ نـوريمربوط به نمونههاي حاصل از فرآيند همگنسازي، نقشهي كيفي توزيـــع عناصـــر آليـــاژي در مركـــز شـــمش از روش آنـــاليز SEM-EDX توسط دسـتگاه SERON TECHNOLOGY A15-2100 به دست آمد. پس از تأييد سيكل همگنسازي انجام شـده و رفـعمشكل جدايش در نمونههاي ريختگي، هر سه نمونه جهت انجـامعمليات آهنگري داغ به مـدت 30 دقيقـه در دمـاي 1090 درجـهسانتيگراد در كورهي الكتريكي تحـت عمليـات پـيشگرمـايشق رار گرفتن د. عملي ات آهنگ ري داغ ه ر س ه نمون ه در آهن گ كرنش متوسط 1- s1/0 در قالب عمليات آ هنگري شعاعي3 توسط دس تگاه پ رس هي دروليكي انج ام ش د. ب ه منظ ور جل وگيري از س رمايش س ريع نمون ه ه ا در حـين عملي ات آهنگ ري و اف ت كارپذيري نمونهها، گرمايش اوليه فكهـاي پـرس نيـز تـا دمـاي300 درجه سانتيگراد انجام شد. يكـي از نمونـههـا بـا اعمـال دومرحله عمليـات پـيشگرمـايش – تغييـر شـكل تـا مقـدار كـرنشحقيقي متوسط برابر با 2/0 تغيير شكل داده شد و سپس تـا دمـايمحيط در آب كوئنچ گرديد. به منظور جبران افت دمـايي ناشـياز انتقال حرارت نمونه با محيط در حين تغيير شـكل ، در بـين هـردو مرحلـ ه از عمليـ ات تغييـ ر شـ كل يـ ك مرحلـ هي ميـ اني پيشگرمايش در دماي 1090 درجه سانتيگراد به مدت10 دقيقه انجام شد. همچنين، براي ايجاد تغيير شكل يكنواخت در سراسـرنمونه، چرخش 45 درجهاي نمونه پس از هر بار عمليات فشـارشانجام شد. به طور مشابه، دو نمونهي ديگر با استفاده از پنج مرحله عمليات پيشگرمـايش – تغييـر شـكل تـا مقـدار كـرنش حقيقـيمتوسط برابر با 5/0 تغيير شكل داده شدند. پـس از اتمـام مراحـلپاياني تغيير شـكل داغ ، يكـي از نمونـههـا سـريعاً در آب كـوئنچگرديد و ديگري بـه مـدت 10 دقيقـه تحـت دمـاي 1090 درجـهسانتيگراد گرمايش يافت و سپس در معرض هوا خنك شـد . بـهمنظ ور ارزي ابي س اختار نمون هه ا ب ه ص ورت ماكروس كوپي و

10mm

68580-1484938

شكل (1): تصوير ساختار ماكروسكوپي از سطح مقطع شمش ريختگي.

)
ب
(

)
لف
ا
(

180
µm

18
µm

)

ب

(

)

لف

ا

(

180

µm

18

µm

شكل (2): تصاوير ميكروسكوپ نوري تهيه شده از ناحيهي مركزي شــمش ريختگـ ي، الــف) سـ اختار دنــدريتي شـ مش ريختگـ ي، ب) فازهاي جدايش يافته در نواحي بين دنديتي.

ميكروس كوپي، نمون هه ا پ س از آم ادهس ازي در محل وله اي
و HCl (80 ml) + HF (13 ml) + HNO3 (7 ml)
اچ H2O (2.5 ml) + HCl (2 ml) + HF (0.5 ml) + H2O2 (1.5 ml) .[12 شدند [10 و

نتايج و بحث
3-1- بررسي ريزساختار شمش ريختگي ساختار ماكروسكوپي نيمي از سـطح مقطـع شـمش ريختگـي در شكل (1) نشان داده شـده اسـت. ايـن تصـوير حـاكي از حضـورمن اطق تبري دي4 ب ا دان هه اي ري ز در ج داره خ ارجي ش مش، دانههاي ستوني كشيده شده به سـمت مركـز شـمش و دانـههـايهممحور كوچك در منطقهي مركزي شمش ميباشد.
ريزساختار حاصل از فرآينـد ريختـهگـري در شـكل (2) نمـايشداده شــده اســت كــه نشــان از وجــود ريزســاختار دنــدريتي5 (شكل 2- الف) و حضور فاز لاوهي جدايش يافته در نواحي بين دن دريتي (ش كل 2- ب) در س اختار ريختگ ي دارد. ريزس اختار ريختگي سوپر آلياژ اينكونل 718 تحت تـأثير چگـونگي انجمـاداست. در حين انجماد، ابتدا دندريتهاي γ اوليه غنـي از نيكـل وآهن منجمد ميشوند. سپس در ادامه انجماد، مقـداري از عناصـرآلياژي با قطر اتمي بزرگتر از نيكل (تيتانيوم، آلومينيوم، موليبـدنو نيوبيوم) از فاز γ خارج ميشوند و در قالـب فازهـاي كاربيـدي نظي ر (Nb,Ti)C و ف از غن ي از نيوبي وم لاوه رس وب م ييابن د
[3 و 5].
شــكلهــاي (3- الــف و ب) بــه ترتيــب نشــاندهنــده تصــويرميكروسكوپ الكتروني روبشي از فـاز لاوه و آنـاليزEDX از آن ميباشند. زمان انجماد بيشتر بـه معنـاي جـدايش بيشـتر اسـت، بـهطوري كه حضور مقـادير بيشـتر فـاز لاوه در ناحيـهي مركـزي ازسطح مقطع شمش ريختگي با سرعت انجماد كندتر، اين موضوع را تأييد مينمايد.
در شكل (4)، نقشـه توزيـع عناصـر شـيميايي در بخشـي از ناحيـهمركزي شمش مشاهده ميگردد. توزيع عناصـر آليـاژي موجـوددر تركيب شيميايي آلياژ ريختگي حاكي از توزيع غيريكنواخت عناصر نيوبيوم و موليبدن و جدايش شكل گرفته در حين انجمـادآلياژ ميباشد.

)
لف
ا
(
)
ب
(

)



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید