ساخت افزايشي قطعات توربين گاز از جنس سوپرآلياژ پايه نيكل

Additive manufacturing of nickel-based superalloy gas turbine components

سويلر محفظه احتراق توربين‌ گاز معمولاً از جنس سوپرآلياژهاي پاية نيكل طراحي و به روش مرسوم ريخته‌گري دقيق تحت خلاء توليد مي‌شود. توليد اينگونه قطعات بخاطر پيچيدگي‌هاي هندسي، دقت ابعادي بالا و همچنين استفاد از ماهيچه سراميكي با ضايعات بالايي همراه مي‌باشد. در دهه‌هاي اخير استفاده از فرايند ساخت افزايشي بعنوان روش نوين و جايگزين براي توليد قطعات پيچيده فلزي صنايع نيروگاهي رو به رشد بوده و به طور ويژه مورد توجه قرار گرفته است. در اين تحقيق سويلر توربين گاز از جنس سوپرآلياژ پايه نيكل IN625 به روش ذوب انتخابي ليزر در شرايط بهينه‌اي از متغيرهاي اصلي فرايند ساخت نظير توان ليزر، سرعت اسكن و اندازه ضخامت لايه‌هاي ذوب شده با هدف دستيابي به ريز ساختار و خواص مكانيكي مطلوب با كمترين ميزان انحراف ابعادي و كيفيت سطحي بالا ساخته شد. بررسي‌هاي ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ نوري بر روي نمونه‌هاي شاهد انجام شد و عيوب ساختاري نظير ذوب موضعي ناقص، فازهاي اكسيدي غير فلزي، تخلخل و همچنين ميكرو ترك‌ شناسايي شد. سويلر پرينت شده به روش غير تماسي ابعاد‌برداري و در كليه سطوح مهم و نهايي با مدل كامپيوتري مقايسه شد. كيفيت سطحي و دقت ابعادي قطعه قابل قبول بوده و در محدوده تلرانسي ساخت قطعه ريختگي ارزيابي شد. همچنين آزمون‌هاي‌ سختي و كشش در دماي محيط بر روي نمونه‌هاي شاهد عمليات حرارتي شده، انجام شد. نتايج نشان داد كه مقادير خواص كششي نمونه‌هاي پرينت شده در پارامترهاي استحكام تسليم و استحكام نهايي بالاتر ولي در پارامتر ازدياد طول نسبي پائين‌تر و ميزان سختي نيز يكسان بوده است.

The swirler of the gas turbine combustion chamber is usually designed from nickel-based superalloys and produced by the conventional precision casting method under vacuum. The production of such parts is associated with high scrap due to geometrical complexity, high dimensional accuracy and also the use of ceramic cores. In recent decades, the use of the additive manufacturing process as a new and alternative method has been growing for the production of complex metal parts in the power plant industry. In this research, a gas turbine Swirler and several Inconel 625 samples were fabricated by SLM in optimal conditions of the main variables of the manufacturing process such as laser power, scanning speed and the thickness of the melted layer. Microstructural studies were performed by optical Microscope on samples and some structural defects such as incomplete local melting, porosity, nonmetallic oxide phases and Microcracks were identified. The printed swirler was compared with the computer model in all important and final Surfaces by non-contact dimensioning method. The surface quality and dimensional accuracy of the part were acceptable and it was evaluated within the tolerance range of the casting part. Also, hardness and tensile tests at ambient temperature were performed on the heat treated samples. The results showed that the values of the tensile properties of the printed samples were higher in the parameters of yield strength and ultimate strength, but lower in the parameter of relative elongation and the hardness was also the same.