بررسي اثر رسوب سختي بر ريزساختار انجماد جهت‌دار يافته سوپرآلياژ پايه نيكل GTD-111

The Effect of Precipitation Hardening on Microstructural Characteristics of Directionally Solidified Nickel-Based Superalloy GTD-111

سوپرآلياژ پايه نيكل GTD-111 به دليل مقاومت به خوردگي داغ و اكسيداسيون عالي و استحكام مكانيكي مناسب در دماي بالا در ساخت پره ­هاي رديف اول توربين­ هاي گازي نيروگاهي كاربرد دارد. در اين تحقيق تأثير عمليات همگن ­سازي، انحلال جزئي با دو نرخ سرمايش (آب و هوا) و پيرسازي بر ساختار و سختي سوپرآلياژ جهت­ دار شده GTD-111 بررسي شد. به اين منظور نمونه استوانه­ اي با دانه­ بندي جهت ­دار به قطر 10 ميلي متر و ارتفاع 40 ميلي متر به روش بريجمن با سرعت كشش قالب 6 ميل يمتر بر دقيقه تهيه شد. مشاهدات درشت ­ساختاري نمونه جهت دار ، حضور دانه ­هاي كشيده شده در راستاي طولي نمونه را به علت اعمال گراديان دمايي در مذاب تأييد كرد. همچنين بررسي­ هاي ريزساختاري نشان داد كه عمليات همگن ­سازي باعث انحلال بخشي از رسوبات گاماپرايم اوليه در زمينه شد. بعلاوه، رسوبات گاماپرايم اوليه در نمونه­ سرد شده در آب از دماي انحلال جزئي داراي مورفولوژي كروي و مكعبي با گوشه‌هاي پخ‌دار و در نمونه سرد شده در هوا بصورت مكعبي گوشه‌دار بود. عمليات پيرسازي نيز به دليل فوق اشباعيت زمينه از عناصر آلياژي در حين فرآيند همگن‌سازي و انحلال جزئي، تأثير عمده‌اي روي جوانه‌زني و رشد رسوبات گاماپرايم ثانويه داشت كه اين اثر براي نمونه‌هاي سرد شده در آب از مرحله انحلال جزئي چشم‌گيرتر بود. نتايج سختي سنجي كاهش ميزان سختي را پس از عمليات همگن‌سازي نشان داد. بعد از فرآيند پيرسازي نيز به دليل بهبود مورفولوژي، اندازه و توزيع رسوبات افزايش سختي در نمونه­ ها ملاحظه شد.

The Ni-based superalloy GTD-111 possesses excellent hot corrosion resistance, oxidation resistance and high strength at elevated temperature; accordingly, the alloy is used in manufacturing of the first stage blades of powerful gas turbines. In this study, the effect of homogenization treatment, partial dissolution with two different cooling rates (air and water) along with aging on the microstructure and micro hardness of directionally solidified GTD-111 were studied. To this end, cylindrical specimen (diameter of 10 mm and height of 40 mm) with columnar-grained structure were produced under growth rate of 6mm/min using Bridgman technique. The macro-structural studies of the DS GTD-111 specimen show that the columnar grains along the longitudinal direction of specimen were provided by temperature gradient in liquid metal. Microstructural analyses illustrate that homogenization treatment led to dissolution of a portion of primary γʹ precipitates. Furthermore, the primary γʹ precipitates in the specimen that was cooled in water after partial solution treatment, were spherical and cubic with curved corner. However, the primary γʹ precipitates were angular cubic in the specimen which was cooled in air after partial solution treatment. Since the γ matrix became supersaturated during the homogenization and partial solution treatment, aging process was effective on nucleation and growth of secondary γʹ precipitates. This was especially more substantial in the specimen which was cooled in water after partial solution. Hardness of the DS specimen was reduced after homogenization. While, aging resulted in increasing the hardness of the DS specimen due to the improvement of morphology, size and distribution of γʹ.