بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات رسوبی γ' در سوپرآلیاژ پایه نیکل X-750 تحت دماهای پیرسازی متفاوت

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، تهران، ایران

چکیده

سوپرآلیاژهای پایه نیکل، به دلیل ویژگی­های منحصر به­فرد در دماهای بالا همانند استحکام­های کششی، خزشی و خستگی بالا، مقاوم به خوردگی و اکسیداسیون، جایگاه ویژه‌ای را در صنعت نفت و گاز، وسایل نقلیه فضایی، زیردریایی، راکتورهای هسته­ای، موتورهای الکتریکی نظامی، کشتی­های شیمیایی و لوله مبدل حرارتی دارند. از میان سوپرآلیاژهای پایه نیکل، اینکونل X-750 که یک آلیاژ قابل رسوب­سختی است، تحت چرخه­های عملیات حرارتی متفاوت، مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا همه نمونه‌ها با ابعاد یکسان، در دمای ثابت C° 5 ± 1155، به مدت 2 ساعت تحت عملیات انحلال قرار گرفتند و با نرخ سرمایش آهسته، در محیط کوره سرد شدند. سپس پیرسازی نمونه­ها در چهار دمای متفاوت 600، 705، 760 و C° 845 به مدت 24 ساعت انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری به­وسیله میکروسکوپ­های نوری و الکترونی نشان داد که محیط و شرایط سرمایش پس از عملیات انحلال و نیز دمای پیرسازی، بر مورفولوژی، کسر حجمی و اندازه ذرات گاما­پرایم اولیه و ثانویه مؤثر است. نتایج نشان داد که با افزایش دمای عملیات پیرسازی، مورفولوژی ذرات رسوبی γ' از حالت کروی به مکعبی متمایل شده و درشت‌تر می‌شود و به تبع آن، درصد حجمی γ' کاهش می‌یابد. همچنین دمای پیرسازی، در تشکیل منطقه عاری از رسوب(PFZ) در اطراف مرزدانه‌ها، نقش مؤثری دارد. به­طوری­که با افزایش دما، ضخامت این منطقه افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Morphology and Particle Size of γ' in Nickel Base Superalloy X-750 under Different Aging Temperatures

نویسندگان [English]

  • Mahya Shamsian
  • Hossein Arabi
  • Mohammad Ali Boutorabi
Department of Science and Metallurgy, University of Iran Science and Technology, Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nickel-based superalloys, due to their unique properties such as tensile strength, creep strength and fatigue strength as well as high temperature corrosion and oxidation resistance, have a special place in the oil and gas industry, space vehicles, submarines, reactors, military electric motors, chemical ships and heat exchanger tubes. Among the nickel base alloys, Inconel X-750, a hardened sediment alloy, was investigated under different heat treatment cycles. First, all samples were dissolved in the same size for 2 hours at constant temperature 1155 ± 5 °C. Then they were cooled in the furnace at low cooling rates and aged at constant temperature for 24 hours at four different temperatures of 600, 705, 760 and 845 °C. In the literature, studies of microstructures by light and electron microscopy showed that both environmental and cooling conditions after solution and aging treatment affect morphology, volume fraction and particle size of primary and secondary gamma prime. As the temperature of the aging process increases, the morphology of the γ' will shift from a spherical to a cubic state and become larger while its volume fraction would decrease. The aging temperature also plays an important role in the formation of the precipitate free zone (PFZ) around the grain boundary which means that with the increase of the aging temperature, the thickness of PFZ would be increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nickel Base Superalloy
  • Inconel X-750
  • heat treatment of nickel base superalloys
  • particle size of γ'
  • morphology of γ'
  • PFZ thickness
1.   Tsakiropoulos, P., Beyond nickel based superalloys, Encyclopedia of aerospace engineering, John Wiley & Sons Inc., Ltd., (2010).
2.   Donachie, M. J., Donachie, S. J., Selection of superalloys for design, Handbook of material selection, Kutz, M. Ed., JohnWiley & Sons Inc., (2002), 293-334. https://doi.org/10.1002/9780470172551.ch10
3.   Kekkonen, T., Hänninen, H., "The effect of heat treatment on the microstructure and corrosion resistance of Inconel X-750 alloy", Corrosion Science, Vol. 25, No. 8-9, (1985), 789-803. https://doi.org/10.1016/0010-938X(85)90011-3
4.   Sinha, A. K., Moore, J. J., "Study of precipitation and growth of γ′ and dislocation structure in Inconel X-750", Metallography, Vol. 19, No. 1, (1986), 75-86. https://doi.org/10.1016/0026-0800(86)90008-X
5.   Frank, R., "Selection of age-hardenable superalloys", Carpenter Technology, (2005).
6.   Donachie, M. J., Donachie, S. J., Superalloys: A technical guide, 2nd Ed., ASM International, (2002).
8.   Miller M. K., Burke, M. G.,"An APFIM/AEM characterization of alloy X750", Applied Surface Science, Vol. 67, No. 1-4, (1993), 292-298. https://doi.org/10.1016/0169-4332(93)90328-9
9.   Mills, W. J., "The deformation and fracture characteristics of Inconel X-750 at room temperature and elevated temperatures", Metallurgical Transactions: A, Vol. 11, No. 6, (1980), 1039-1047. https://doi.org/10.1007/BF02654718
10. Mao, J., Chang, K. -M., Yang, W., Furrer, D. U., Ray, K., Vaze, S. P., "Cooling precipitation and strengthening study in powder metallurgy superalloy Rene88DT", Materials Science and Engineering: A, Vol. 332, No. 1, (2002), 318-329. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01758-0