سورنا فایل

مرجع دانلود فایل ,تحقیق , پروژه , پایان نامه , فایل فلش گوشی

سورنا فایل

مرجع دانلود فایل ,تحقیق , پروژه , پایان نامه , فایل فلش گوشی

دانلود مقاله سوپرآلیاژهای ریخته چند بلوری(PC) (کلیات)

اختصاصی از سورنا فایل دانلود مقاله سوپرآلیاژهای ریخته چند بلوری(PC) (کلیات) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

 

 

 

سوپر آلیاژهای پایه نیکل ریختهPC کاربرد کمی در صنعت توربین های گازی دارند. سوپرآلیاژهای پایه کبالت ریختهPC در بعضی موارد کاربرد دارند.قدیمی ترین سوپرآلیاژهای بکار گرفته شده آلیاژهای پایه کبالت ریخته هستند. سوپرآلیاژهای پایه کبالت دارای زمینه کبالت-کرم با افزودن نیکل (برای پایدار سازی زمینه γ)، کربن (برای تشکیل کاربید) و عناصر دیگر نظیر W، MO، Ta یا Nb هستند. معمولاً سوپرآلیاژهای پایه کبالت به استثناء چند مورد در مجاورت هوا ذوب و ریخته می شوند. آستحکام سوپرآلیاژهای پایه کبالت ناشی از کاربیدهای مرزدانه ای و داخل دانه ای و نیز استحکام دهی محلول جامد عناصر آلیاژی دیگر است. اکثر آلیاژهای پایه کبالت ریخته، به استثناء موارد قلیل عملیات حرارتی تنش زدایی، عملیات حرارتی نمی شوند. سوپرآلیاژهای پایه کبالت در حین کار پیرسخت شده( با کاهش داکتیلیتی) و در نتیجه واکنش کاربیدها محکم تر می شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


IN) در پره های هوای توربین کم فشار استفاده شدند، زیرا استحکام های بالاتر خزش-گسیختگی در موتورهای پیشرفته مورد نیاز بود.
برای خواص مکانیکی سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریخته PC اطلاعات کمی وجود دارد. کارهای گسترده ای روی 738-IN انجام شده است. داده های موجود درباره آلیاژهای دیگر ناچیز است. آلیاژ100-IN یکی از آلیاژهای ریخته چند بلوری است که بیشترین مطالعات روی آن انجام شده است و مطالعات مهندسی روی این آلیاژ و 247-M-MAR و نیز آلیاژهای دیگر ادامه دارد. 939-IN یک سوپر آلیاژ پایه نیکل استحکام پایین ول مقاومت خوردگی داغ بالا است که می تواند در توربین های گاز صنعتی دریایی مورد استفاده قرار گیرد. شکل 12-52 استحکام گسیختگی تعدادی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل در 100 ساعت را نشان می دهد.

 


3)سوپرآلیاژهای ریخته چند بلوری (اثرات داکتیلیتی)
داکتیلیتی کششی سوپرآلیاژها در دمای c°694 تا c°871 افت پیدا می کند. داکتیلیتی تنش-گسیختگی تعدادی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریخته PC نیز در دمایc°760 افت مشابهی نشان می دهد. آزمایش تنش-گسیختگی در این دما به منظور فراهم ساختن شرایط تنش/ دما حاکم بر ناحیه اتصال تیغه های توربین به دیسک صورت می گیرد. عموماً داکتیلیته آلیاژهای ریخته PC قبلی رضایت بخش بودند، ولی در آلیاژهای ریخته چند بلوری استحکام بالا، داکتیلیتی در دمای C°760 پایین تر از آلیاژهای قبلی است. یکی از اولین آلیاژهایی که این مسئله در مورد آن دیده شد 1900- B و سپس 200-M-MAR ریخته چند بلوری بود. داکتیلیتی آلیاژهای دوم به قدری پایین بود که استفاده از آن تا زمان ابداع فرآیند ODS و در پی آن کسب خواص استحکام خزش-گسیختگی عالی میسر نشد.
پس از معرفی 1900-B ازدیاد طول گسیختگی نمونه ها به هنگام آزمایش در دمای c°760 در حدود 1.5 درصد در لحظه گسست گزارش شد. بسته به نیاز سازنده و کاربرد، طراحان پره توربین درصد ازدیاد طول خزش مجاز را با نوساناتی در نظر می گیرند. معیار طراحی در سالهای اولیه پذیرش سوپرآلیاژهای ریخته چند بلوریPC استحکام بالا %1 خزش بود و تنش بوجود آورنده %1 خزش در مدت زمان معین استاندارد شده بود.
تغییراتی برای افزایش ازدیاد طول در دمای c°760 پیشنهاد شد. یکی از این تغییرات اصلاح عملیات ریخته گری است. ولی پیشنهاد افزودن Hf به سوپرآلیاژهای پایه نیکل و بهبود داکتیلیتی با استفاده از روش ریخته گری عادی پیشتر پذیرفته شد. داکتیلیتی به حد کافی بهبود داده شد، طوری که امکان در نظر گرفتن معیار حداکثر%1 ازدیاد طول را به طراحان بدهد. پس از 1960 در تعدادی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریخته PC استحکام بالای جدید توسعه داده شد، از Hf برای افزایش ازدیاد طول در دمای C°760 استفاده شده است.
خواص عرضی آلیاژهای ریخته CGDS (برای مثال 200-M-MAR) مانند خواص سوپرآلیاژهای پایه نیکل PC بودند. در نتیجه به سرعت مشخص شد که داکتیلیتی بهبود یافته (در جهت عرض آزمایش) برای آلیاژهای ریخته CGDS و نیز آلیاژهای ریخته PC مورد نیاز بود. Hf (در درصد های بالا) در بهبود داکتیلیتی این آلیاژها به نحو رضایت بخشی عمل کرد. هم اکنون همه سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریخته استحکام بالا دارای مرزدانه (CGDS و PC) از Hf برای تضمین ازدیاد طول تنش-گسیختگی دما پایین تر C°760 استفاده می کنند.

 

4)سوپرآلیاژهای ریخته چند بلوری (حفره و HIP)
در سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریخته PC دیده شده است که وجود حفره حتی در حجم حدود %1 می تواند باعث کاهش عمر گسیختگی و داکتیلیتی آن شود. فناوری پرس گرم ایزواستاتیکی در سوپرآلیاژهای پایه نیکل در تولید سوپرآلیاژهای کار شده P/M و آلیاژهایی مانند 1900-B و 247-M-MAR بکار گرفته می شود. با بکارگیری این روش حذف حفره در پره های ریخته میسر می شود، ولی اثرات فرآیند بر بهبود خواص متغیر است. یکی از مزایای HIP محدود کردن پراکندگی داده های بعضی از خواص است.
منحنی پارامتر لارسن-میلر، تنش-گسیختگی در شکل 12-53 محدود شدن نوار پراکندگی در آلیاژ 738- IN چند بلوری را به هنگام استفاده از فرآیند HIP نشان می دهد. کاهش پراکندگی بدون تغییر در مقادیر خواص قابل توجه است. این رفتار به هنگام طراحی کمک می کند که حداقل خواص طراحی بالاتری در دست باشد. طراحی بر پایه حداقل خواص و همچنین بهبود خواص خستگی می تواند نتیجه HIP باشد.
در حالی که حداقل عمر خستگی بوسیله HIP بهبود پیدا می کند، ولی همیشه عمر گسیختگی بهبود نمی یابد. HIP یک نوع عملیات حرارتی بوده و َγ اولیه آلیاژ را حل نموده یا تغییر می دهد. به همین خاطر یک تابکاری انحلالی و به دنبال آن پیر سختی برای بهبود خواص مورد نیاز است. اگر تابکاری انحلالی بعد از HIP در دمای بالاتر از دمای HIP انجام نشود ساختار َγ بدست آمده ممکن است برای ایجاد خواص مکانیکی بهینه کافی نباشد.
گفته شده است که داکتیلیتی گسیختگی نیز با HIP بهبود پیدا می کند، اما تجربه نشان می دهد که آلیاژهای دارای داکتیلیتی گسیختگی کافی، قبل از HIP بهبود بسیار کم یا ضعیف با HIP از خود نشان می دهند. آلیاژهای اصلی مانند 80 Rene که به نظر می رسد برای مک ریخته گری مستعدتر هستند، عمدتاً HIP می شوند، اما عموماً آلیاژهای دیگر با مک کم مانند 247-M-MAR HIP نمی شوند.

 

 

 

 

 

 

 


یک مطالعه روی اثرات HIP ( و نیز پوشش) بر 247-M-MAR و هفت آلیاژ مشابه آن در مورد خواص کششی و خزش-گسیختگی نتایج متغیری را نشان می دهد. جدول 12-21 تصویری آماری از اثرات فرآیند HIP و پوشش را نشان می دهد. ذکر این نکته جالب است که توسط HIP خواص کششی افزایش یافته و از عمر گسیختگی کاسته شده است. این نتیجه با نتایج قبلی بدست آمده برای 1900-B و 247-M-MAR مطابقت دارد. فرآیند HIP سوپرآلیاژها عمر خستگی را بیشتر از عمر تنش-گسیختگی بهبود می بخشد. شکل 12-54 اثرات سودمند HIP روی مقاومت خوردگی داغ آلیاژ 80Rene را نشان می دهد. اگر چه هیچ مطالعه آماری در دست نیست اما عموماً چنین در نظر گرفته می شود که HIP بر مقاومت خوردگی داغ و عمر خستگی در سیکل های کم مفید است.

 

 

 

 

 


5- سوپر آلیاژهای پایه نیکل ریخته SCDS و CGDS
سوپرآلیاژهای پایه کبالت و پایه آهن- نیکل با فرآیند ریخته گری DS تولید نمی شوند و همه سوپرآلیاژهای ریخته SCDS و CGDS پایه نیکل هستند. لذا چنانچه در ادامه بحث آلیاژهای SCDS و CGDS نام برده نشود آلیاژهای پایه نیکل در نظر می باشد.
اساس این آلیاژهای DS بر حذف مرزدانه ها است. فرآیند به نحو قابل توجهی موثر است، به ویژه در آلیاژهایی که استحکام دانه خوبی دارند، ولی داکتیلیتی مرزدانه های آن ضعیف است. انواع ریخته های PC این آلیاژها در آزمایش های خزش-گسیختگی با درصد ازدیاد طول کم به صورت بین دانه ای شکسته می شوند.فرآیند DS سوپرآلیاژها توسط شرکت جنرال الکتریک نشان داده شد، ولی استفاده تجاری از آن توسط شرکت Pratt & Withney صورت گرفت. اولین کاربرد فرآیند DS تولید (CGDS)200-M-MAR است.
یک بلور مستقل یک دانه شمرده می شود. ساختار ریخته PC شامل آرایش اتفاقی تعدادی از دانه های هم محور است که هر کدام از آنها یک تک بلور هستند. فرآیند CGDS یک آرایش چندین دانه ایجاد می کند که هر کدام از دانه ها در امتداد محورهای انجام کشیده شده اند. در تک بلورها کل قطعه از یک دانه تشکیل شده است. برای اطلاعات بیشتر درباره فرآیند DS به فصل 5 مراجعه کنید.
همانطور که در فصل 3 گفته شد، ساختمان بلوری فازγ مکعبی با سطوح مرکزدار(FCC) است. در این مکعب می توان جهت هایی به عنوان جهت مرجح بین قطعه و بلور، تنش و بلور تعریف کرد. در گوشه یک مکعب می توان سه جهت را مشخص کرد. این جهت ها عبارتند از یال مکعب، قطر سوراخ جانبی، قطر مکعب و اغلب با اندیس جهات <100>، <110>،<111> نشان داده می شوند.جهت<100> یک جهت مرجح رشد طبیعی و جهت دانه ها در آلیاژ CGDS است. آلیاژ SCDS یک جهت<001> در امتداد محورهای قطعه هستند، اگر چه با روشهای ویژه می توان جهت بلوری دیگری در امتداد محور قطعه بوجود آورد. عموماً قطعات پره های هوا از نوع SCDS هستند و جهت آزمایش طولی در نمونه آزمایشی رشد یافته یا در نمونه ماشین کاری شده از پره در امتداد این جهت رشد طبیعی است. به خاطر نحوه قرار گیری دانه ها آلیاژ CGDS آزمایش شده در جهت طولی ( محور پره) عمر گسیختگی طولانی تری نسبت به نوع PC نشان می دهد. این مقدار برای آلیاژهای SCDS بیشتر است. بهبود عمر گسیختگی در نتیجه حذف مرزهای عرضی در جهت بارگذاری است.
بار اعمال شده هم از طریق دانه ها و هم از طریق مرزهای فرعی دانه ها عبور می کند. تغییر شکل دما بالا باعث شکست مرزدانه ها می شود. معمولاً آلیاژهای CGDS علیرغم نداشتن مرزهای طولی در نهایت در خزش-گسیختگیدر مرزهای اصلی ( یا عیوب داخلی) گسیخته می شوند. مرزهای فرعی نواقصی هستند که در رشد تک بلور بوجود می آیند. آلیاژهای SCDS نیز مرزهای فرعی دارند و در نهایت توسط ترک بوجود آمده و در میان این مرزها گسیخته می شوند.
شکل 12-55 منحنی های خزش ریخته های PC، SCDS و CGDS آلیاژ 200-M-MAR را در c°982 نشان می دهد. بهبود عمر خزش بسیار موثری با فرآیندهای CGDS و SCDS بر روی آلیاژ ریخته در PC امکان پذیر است. جدول 12-22 اطلاعات خواص بیشتری از سه نوع ریخته ارائه می دهد.
فرآیند CGDS ابتدا بر روی آلیاژ 200-M-MAR و آلیاژهای دیگر استحکام بالا و Vfγ بالا که قبلاً به روشهای عادی تولید شده بودند، انجام گرفت. از این آلیاژها فقط تولید200-M-MAR ادامه یافت و تولید آلیاژهای دیگر مانند 100-IN و 1900-B به لحاظ تجاری مناسب تشخیص داده نشد. مشکلات آلیاژ 200-M-MAR ترک خوردن مرزدانه ای قطعات ریخته و استحکام عرضی پایین در آزمایش خزش-گسیختگی بود. خواص این آلیاژ پس از افزودن Hf بهبود یافت و ترک خوردن قطعات CGDS در طی ریخته گری کاهش یافت. مقدار Hf (تقریباً 2%) برای حذف مشکل ترک خوردگی مرزدانه ای بر کیفیت قطعه ریخته اثر می گذارد و مقدار آن را طوری تعیین می کنند که بین کیفیت قطعه ریخته (ناخالصی ها و غیره)، ترک خوردگی قطعه و داکتیلیتی عرضی در خزش، حالت بهینه ای بوجود آید. با کاهش ضخامت دیواره پره قابلیت ریخته گری آلیاژیی مانند 200-M-MAR، حتی با افزودن Hf برای ارتقاء داکتیلیتی و حذف ترکها در پره ها کاهش می یابد. آلیاژ LC247-CM به منظور حذف این مشکلات بوجود آمد.

 

 

 


گونه هایی از نسل های اول و دوم آلیاژهای CGDS تولید شده اند و تعدادی از آنها در توربین های گاز مورد استفاده قرار گرفته اند. بعضی از این آلیاژها عبارتند از: ( Hf+200-M-MAR)، 1422PWA، 125Rene، 2000-RR، 200-M-MAR، (108Rene) 247-CM،200-M-MAR و (Hf+80Rene) H80Rene، 792IN، LC186-CM و 1426 PAW. علاوه بر اینها انواع جدیدی از آلیاژهای SCDS تولید شده اند ولی همه آنها بکار گرفته نشده اند. بعضی از این آلیاژها عبارتند از: 1480PAW، 4N Rene، 99SRR، 2000-RR، 2-CMSX، 6-CMSX، 1484PWA، 4-CMSX و 10-CMSX.
یکی دیگر از پیشرفتهای انجام شده در زمینه فرآیند DS، افزایش ابعاد قطعات SCDS و CGDS می باشد. هم اکنون پره های هوا CGDS به طول mm635 را می توان تولید کرد. قطعات بزرگی از آلیاژ 792-IN ریخته SCDS برای توربین های گاز انرژی ساخته شده اند.
فن آوری ریخته گری SCDS توسط شرکت Pratt & Withney ابداع شد، ولی در ابتدا علاقمندی کمی به استفاده از آن در مقایسه با CGDS آلیاژ 200-M-MAR وجود داشت، زیرا استحکام خزش، TMF اکسیداسیون و مقاومت خوردگی آلیاژ را بهبود نمی داد و هزینه تولید بالاتری داشت. بوسیله فرآیند SCDS، فقط استحکام عرضی و داکتیلیتی آلیاژ 1422PWA بهبود می یافت. اگر امکان آن بود که همه /γ حل شود و به صورت /γ ریز رسوب کند، این فرآیند قابلیت زیادی برای بهبود استحکام در بر داشت. اثرات مفید/γ در شکل 12-5 نشان داده شده است. آلیاژ 1422 PWA با انحلال کامل /γ بهبود یافت. دمای ذوب موضعی تک بلورها با حذف عناصر جزئی مانند Hf وC و B و غیره می تواند افزایش یابد. انحلال کامل بدون نگرانی از ذوب موضعی می تواند انجام شود. علاوه بر این واضح است که آلیاژ SCDS مجاز به اصلاح بیشتری برای بهبود مقاومت خوردگی آلیاژ پوشش دار و بدون پوشش می باشد.
اولین آلیاژ بوجود آمده در این زمینه (انحلال کامل) 1480 PWA بود. این آلیاژ از سال 1980 بطور گسترده ای استفاده کمی شود.

 

6- سوپرآلیاژهای ریخته SCDS و CGDS ( خواص کششی و خزش-گسیختگی)
خواص کششی طولی آلیاژ 200-M-MAR ریخته CGDS در شکل 12-56 ارائه شده است و با خواص نوع PC آن مقایسه شده است. این خواص با بحث قبلی مربوط به اثر رفتار /γ بر خواص کششی سازگار است. خواص کششی عرضی آلیاژ CGDS تقریباً برابر با خواص کششی نوع PC آلیاژ است. ولی به خاطر اینکه اندازه دانه آلیاژ CGDS درشت تر از نوع PC است، استحکام تسلیم عرضی واقعی آلیاژ CGDS حداقل در دمای تقریباً کمتر از c°871 می تواند 10% کمتر از مقادیر مربوط به نوع PCباشد.
یکی از خصوصیات اساسی آلیاژهای CGDS توانایی آنها در استفاده حداکثر از استحکام خزش-گسیختگی ذاتی آلیاژ است. مقایسه خواص خزش-گسیختگی انواع PC و CGDS آلیاژ 200-M-MAR در شکل 12-57 داده شده است. در شکل 12-58 عمر گسیختگی و زمان 1% خزش برای آزمایش طولی نوع CGDS آلیاژ Hf+200-M-MAR رسم شده اند. شکل 12-58 به وضوح به مزایای ساختارCGDSنسبت به ساختار ریختهPC، از نظرتوانایی خزش-گسیختگی اشاره می کند.

 


استحکام های خزش عرضی (حداقل برای 1% خزش) در آلیاژ CGDSتقریباً برابر با مقدار آن در جهت طولی است، ولی به خاطر وجود اختلاف داکتیلیتی استحکام های تنش-گسیختگی عرضی ممکن است پایین تر باشد.

 

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله 12   صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید


دانلود با لینک مستقیم


دانلود مقاله سوپرآلیاژهای ریخته چند بلوری(PC) (کلیات)