ارزيابي و بهبود خواص مكانيكي دماي بالاي سوپرآلياژ هاستلوي ايكس فراوري‌شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

فناوري ساخت افزودني فلزات بر مبناي ساخت لايه‌‌به‌لايه قطعات به عنوان يكي از روش‌هاي نوظهور ساخت و توليد با هدف توليد قطعات پيچيده، كاهش مراحل توليد و ساخت قطعات با كيفيت بالا توسعه يافته است. هدف از تحقيق حاضر بررسي اثر ريزساختار بر خواص كششي دماي بالاي سوپرآلياژ پايه نيكل هاستلوي ايكس فراوري‌شده با روش ذوب بستر پودر با ليزر است. بدين منظور نمونه‌هاي مكعبي‌شكل به منظور تعيين پارامترهاي بهينه ساخت فرايند ذوب بستر پودر با ليزر ساخته شد تا چگالي نسبي آن‌ها مورد بررسي قرار گيرد. پس از يافتن نمونه‌ بهينه از نظر بالاترين چگالي نسبي، تاثير استفاده از دو الگوي روبش موسوم به ميندر و جزيره‌اي مورد بررسي قرار گرفت. سپس نمونه‌هاي مذكور در دماهاي 900 و 1175 درجه سانتي‌گراد عمليات حرارتي شدند. ريزساختار نمونه‌ها با استفاده از ميكروسكوپ‌‌هاي الكتروني نوع روبشي، روبشي گسيل ميداني (مجهز به آشكارساز پراش الكترون‌هاي برگشتي) و عبوري – روبشي مشخصه‌يابي شد. علاوه بر آن آزمون‌هاي كشش در دماهاي 25، 560، 760 و 860 درجه سانتي‌گراد انجام شد. نتايج بررسي‌هاي ريزساختاري حاكي از تشكيل ساختار سلولي انجمادي و سلول- نابجايي با ابعاد كم‌تر از ميكرومتر در داخل دانه‌هاي ستوني فاز آستنيت در نمونه‌هاي ميندر و جزيره‌اي بود. در ساختار سلول- نابجايي جدايش عناصر موليبدن و كروم به ديواره سلول‌هاي داراي چگالي بالايي از نابجايي‌ها مشخصه‌يابي شد. در نمونه‌هاي عمليات حرارتي‌شده در دماي 900 درجه سانتي‌گراد به مدت 120 دقيقه، رسوبات غني از موليبدن و كروم در زمينه آستنيتي مشخصه‌يابي شد، با اين وجود ريخت دانه‌ها هم‌چنان ستوني بود. در مقابل، عمليات حرارتي در دماي 1175 درجه سانتي‌گراد به مدت 120 دقيقه موجب تغيير ريخت دانه‌ها از حالت ستوني به تقريباً هم‌محور و كاهش قابل ملاحظه در چگالي نابجايي‌ها به دليل وقوع استحاله تبلورمجدد گرديد. نتايج بررسي سينتيكي استحاله تبلورمجدد نشان داد به دليل داشتن توان آورامي حدود 49/3 و 76/3 به ترتيب در مورد نمونه‌هاي ميندر و جزيره‌اي رشد دانه‌هاي تبلورمجدديافته در سه‌بعد انجام مي‌شود. سازوكار وقوع استحاله تبلورمجدد از نوع بادكردن مرزدانه‌هاي بزرگ‌زاويه بود. با اين وجود بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد مرزهاي دوقلويي نقش اساسي را در گسترش ناحيه متبلورشده ايفا مي‌كند. ارزيابي خواص كششي نمونه‌ها‌ نشان داد در دماي محيط، نمونه ساخته‌شده با الگوي روبش ميندر به مقدار جزيي خواص كششي بهتري را نسبت به نمونه ساخته‌شده با الگوي روبش جزيره‌اي، در حالت قبل از انجام عمليات حرارتي، نشان مي‌دهد. با افزايش دماي آزمون كشش، هم‌زمان استحكام و انعطاف‌پذيري نمونه‌ها كاهش يافت و شكست نوع ترد به دليل تشكيل ترك‌هاي مرزدانه‌اي در حين آزمون كشش، در نمونه‌ها ايجاد شد. برخلاف نتايج آزمون‌هاي كشش در دماي محيط، در دماهاي بالاتر از دماي محيط، نمونه جزيره‌اي به دليل داشتن اندازه دانه بزرگ‌تر نسبت به نمونه ميندر خواص كششي بهتري را نشان داد. عمليات حرارتي در دماي 900 درجه سانتي‌گراد موجب بهبود جزيي در استحكام دماي محيط و در مقابل كاهش انعطاف‌پذيري شد. در مقابل، اين چرخه عمليات حرارتي تاثير مثبتي بر خواص كششي دماهاي بالا، مخصوصاً انعطاف‌پذيري، نداشت. از طرف ديگر، انجام عمليات حرارتي در دماي 1175 درجه سانتي‌گراد به مدت 120 دقيقه موجب تغببرات جزيي در استحكام و بهبود قابل‌ملاحظه در انعطاف‌پذيري در تمامي دماهاي مورد بررسي مي‌شود. مطابق با بررسي‌هاي ريزساختاري و نتايج شكست‌نگاري، كاهش چگالي نابجايي‌ها و تشكيل مرزدانه‌هاي بزرگ‌زاويه خاص (مرزهاي دوقلويي) به عنوان عوامل موثر بر بهبود خواص كششي دماهاي بالا در سوپرآلياژ هاستلوي ايكس فراوري‌شده به روش ذوب بستر پودر با ليزر عمليات حرارتي‌شده در دماي 1175 درجه سانتي‌گراد شناخته شدند. به طور كلي، نمونه جزيره‌اي عمليات حرارتي‌شده در دماي 1175 درجه سانتي‌گراد خواص كششي بهتري را نسبت به نمونه ميندر در شرايط مشابه داشت كه اين موضوع ناشي از تشكيل كسر بيشتري از دانه‌هاي تبلورمجدديافته و وجود چگالي كم‌تري از نابجايي‌ها بود.

217169

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

احسان فروزمهر

مسعود عطاپور، احمد رضائيان، همام نفاخ موسوي