اثر آنیل انحلالی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه نیکل TM-321

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 6، دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 36، بهمن 1403، صفحه 107-122   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2025.87922.1148

نویسندگان

ابوالفضل رستگاران؛ معصومه سیف اللهی^* ؛ آدلی آخوندزاده

دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت.

چکیده

در این پژوهش اثر دما و زمان آنیل انحلالی که توسط تحلیل ترمودینامیکی آلیاژ با نرم‌افزار Procast® انتخاب شد؛ بر سختی و ریزساختار سوپرآلیاژ TM-321 بررسی شده است. دمای 1080 درجه‌ی سانتیگراد، کسرحجمی یوتکتیک از 9 درصد در حالت ریختگی به 7/1 درصد در 4 ساعت کاهش یافته است و سپس در 6 ساعت تغییر محسوسی نداشته و در دمای 1180 درجه‌ی سانتیگراد و زمان 2 ساعت به 9/0 درصد کاهش یافته است. در زمان‌های 4 و 6 ساعت در دمای 1180 درجه‌ی سانتیگراد، خوشه‌های پرتعداد و ریز γˊ تشکیل شده‌اند. خوشه‌ای شدن در ایجاد توزیع مناسبی از اندازه و مورفولوژی γˊ اخلال ایجاد خواهد کرد. لذا، محلول‌سازی در 1180 درجه‌ی سانتیگراد و 2 ساعت، کمترین کسرحجمی فاز یوتکتیک(9/0 درصد)، بیشترین انحلال و کاهش اندازه فازγˊ اولیه(از 247 به 84 نانومتر) و در نهایت کاهش کسرحجمی کاربیدها از حدود 2 به 1 درصد را داراست که به عنوان بهترین شرایط محلول‌سازی در این پژوهش انتخاب شده است.

کلیدواژه‌ها

سوپرآلیاژ TM-321؛ آنیل انحلالی؛ یوتکتیک γ/γˊ؛ رسوبات γˊ

مراجع

[1] H. Harada and, N. Rene, “High temperature materials for gas turbines : the present and future,” Proccceding International Gas Turbine Congress, pp. 1-9. 2003.

[2] K. H. M.Yamazaki, “JapanPatent #JP59059854A2,” Japan Science and Technology Agency, 1982.

[3] M. Yoritaka, Y. Yamamoto, Y. Hasegawa, and T. Hokari, “Automotive Application of Advanced Superalloys,” Journal of Materials, vol. 38, no. 12, pp. 20-22, 1986.

[4] J. R. Kattus, MAR M 247-Aerospace Structural Metals Handbook. West Lafayette: Purdue Research Foundation, 1999.

[5] H. T. Lee, and S. W. Lee, “The Morphology and Formation of Gamma Prime in Nickel-Base Superalloy,” Journal of Materials Science Letter, vol. 9, pp. 516-517, 1990.

[6] I. M. Wolff, “Precipitation Accompanying Overheating in Nickel-Base Superalloy,” Materials Performance, vol. 29, pp. 516-517, 1992.

[7] M. Mostafaei, and S. M. Abbasi, “Solutioning and solidification process control in Ta-modified CM247 LC superalloy,” Journal of Materials Processing and Technology, vol. 231, pp. 113-124, 2016.

[8]  G. Zhao, X. Zang, S. Gao, “Effect of Zr on As-cast and As-homogenized Microstructures of High Al+Ti Containing Ni-Based Superalloy,” Rare Metal Materials and Engineering, vol. 51, no. 9, pp. 3372-3380, 2023.

[9] Y. L. Tsai, S. F. Wang, H. Y. Bor, and Y. F. Hsu, “Effects of alloy elements on microstructure and creep properties of fine-grained nickel-based superalloys at moderate temperatures,” Materials Science and Engineering A, vol. 571, pp. 155-160, 2013.

[10] Y. L. Tsai, S. F. Wang, H. Y. Bor, and Y. F. Hsu, “Effects of Zr addition on the microstructure and mechanical behavior of a fine-grained nickel-based superalloy at elevated temperatures,” Materials Science and Engineering: A, vol. 607, pp. 294-301, 2014.

[11] Q. Z. Chen, C. N. Jones, and D. M. Knowles, “The grain boundary microstructures of the base and modified RR 2072 bicrystal superalloys and their effects on the creep properties,” Materials Science and Engineering: A, vol. 385, pp. 402-418, 2004.

[12] F. Theska, W. F. Tse, M. Schulz, M. Lison-Pick, S. Primig, “Review of Microstructure–Mechanical Property Relationships in Cast and Wrought Ni-Based Superalloys with Boron, Carbon, and Zirconium Microalloying Additions,” Advanced Engineering Materials, vol. 25, no. 8, pp.2201514, 2023.

[13] Y. Zhou, Y. Cui, B. Wang, S. Li, J. Wang, “Effects of Zirconium Additions on the Microstructure and Stress-Rupture Properties in Polycrystalline Ni-Based Superalloys,” Minerals, Metals and Materials Series, pp. 166-175, 2024.

[14] M. R. Barajas Álvarez, A. Bedolla Jacuinde, V.H. López Morelos, A. Medina Flores, A. Ruiz, “Improving the High-Temperature Creep Resistance of a Cast Co-Cr-W-Ni Superalloy with Additions of B and Zr,” Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 33, no. 17, pp. 9226-9243, 2024.

[15] B. Kang, Y. Lee, J. Kim, T. Ha, Y. Kim, “Microstructural Analysis on Grain Boundary of Boron– and Zirconium–Containing Wrought Nickel-Based Superalloys,” Crystals, vol. 14, no. 3, pp. 290-295, 2024.

[16] M. J. Donachie, and S.J. Donachie, Superalloys a Technical Guide, 2nd ed. ASM International, 2002.

[17] M. Rahimian, “Physical simulation of investment casting of Mar-M247 Ni-based sueralloy,”phd thesis, Carlos III University of Madrid, 2015.

[18] H. Bor, C. Wei, A. Yeh, W. He, H. Wang and C. Kuo, “Heat treatment effects on the high temperature mechanical behavior of directionally solidified mar-m 247 superalloy,” Proceedings of the 8^th Pacific Rim International Congress on Advanced Materiala and Processing, springer, 2013, pp. 379-386.

[19] R. Baldan, R. L. P. Rocha, R. B. Tomasiello and C. A. Nunes,“Solutioning and Aging of MAR-M247 Nickel-Based Superalloy,” Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 22, no. 9, pp. 2574-2579, 2013.

[20] O. Kubaschewski, “Thermodynamics of Solids,” International Metallurgical Reviews, vol. 18, no.2, pp. 89-90, 1973.

[21] F.C. Campbell, Fatigue and fracture, understanding the Basics. Ohio: ASM International, 2012.

[22] J. Zyka, I. Andrsova, J. Malek, B. Podhorna, A. Joch and K. Hrbacek, “Microstructure and mechanical properties of MAR-M-247 nickel superalloy,” 5th Anniversary International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, pp. 1606-1611, 2016.

[23] Y. Haruna, “Removal of Inclusions from cast superalloy Revert,”, Sanyo Technical Report, vol. 2, pp. 41-49, 1995.

[24] X. Dong, X. Zhang, K. Du, Y. Zhou, T. Jin, and H. Ye, “Microstructure of Carbides at Grain Boundaries in Nickel Based Superalloys,” Journal of Material Science and Technology, vol. 28, pp. 1031-1038, 2012.

 [25]  H.T. Kim, S. S. Chun, X. Yao, Y. Fang, J. Choi, “Gamma prime precipitating and ageing behaviours in two newly developed nickel-base superalloys,” Journal of Material Science, vol. 32, pp. 4917-4923, 1997.