بررسي علل شكست و تغييرات ريزساختاري يك پره متحرك رديف دوم IN738LC توربين گازي

Failure mechanisms and microstructural changes of an IN738LC second stage gas turbine blade

در اين تحقيق، علل شكست يك پره متحرك رديف دوم توربين گازي مربوط به يك واحد نيروگاهي با ظرفيت اسمي 159MW مورد بررسي قرار گرفت. اين پره كه از جنس سوپرآلياژ پايه نيكل IN738LC بوده است، در كاركرد مجدد پس از بازسازي، بعد از تنها 1800 ساعت دچار آسيب گرديد. جهت تعيين علل و مكانيزم شكست اين پره، از تكنيك هاي شكست نگاري، بررسي هاي متالوگرافي و آزمون تنش-گسيختگي استفاده گرديد. همچنين تغييرات ريزساختاري پره با استفاده از تكنيك هاي ميكروسكوپي نوري و ميكروسكوپي الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به شرايط كاري سخت اين پره ها از نظر دما و تنش، احتمال دخالت مكانيزم هاي خزش و خستگي در اين آسيب داده مي شد. ليكن بررسي ريزساختار پره از جمله ابعاد و مورفولوژي رسوبات γ و كاربيدها نشان داد كه پره دچار تغيير شكل خزشي چنداني نشده بود. عدم دخالت مكانيزم خزش در شكست اين پره با محاسبه پارامتر لارسون- ميلر نيز اثبات گرديد. به علاوه با بررسي ترك هاي اشاعه يافته به زير سطح شكست اثبات گرديد كه شكست به طور ناگهاني رخ داده و در نتيجه مكانيزمي چون خستگي نيز نمي توانسته است عامل شكست باشد. در نهايت، مكانيزم شكست با توجه به نتايج شكست نگاري و آناليز شيميايي بقاياي به جاي مانده بر روي پره، شكست در اثر اصابت يك جسم خارجي تشخيص داده شد.

In this research, failure mechanisms of a second stage gas turbine blade from a 159MW power plant have been investigated. This IN738LC blade had been damaged just after 1800 hours operation after rejuvenation. Fractographical techniques, metallography and stress-rupture experiment were used to identify failure mechanisms of the blade. Also, microstructural changes were evaluated by using optical and scanning electron microscopy. Because of tough operating situation of blade, involvement of creep and fatigue in damage of the blade was probable. Nevertheless, microstructural evaluation i.e. size and morphology of γ’ precipitates and carbides proved that the blade had not been damaged thorough creep mechanism. Larson-Miller parameter of the blade, also, showed the same result about creep mechanism. Moreover, investigation of cracks propagated under the fracture surface revealed the ineffectiveness of fatigue in the damage. Finally, failure mechanism was diagnosed foreign object damage (FOD) due to fractography results and chemical analysis of tiny debris on the blade.