Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ahmad Rezaian,Ahmad KermanPour
محسن بدرسمای (استاد مشاور) احمد رضائیان (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Rezaei
علی رضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Evaluating effect of microstructure anisotropy on the room and high temperature mechanical properties of IN718 superalloy fabricated by selective laser melting
Vast attention on producing Inconel 718 (IN718) parts by additive manufacturing (AM) method has been paid in recent years. However, mechanical anisotropy is an important challenge in AM parts to deal with and is the main focus of current researches. The aim of the present work is to study the effect of microstructural anisotropy on the room and high-temperature mechanical properties of selective laser melted (SLM) IN718. Several IN718 cubes were fabricated by selective laser machine and microstructural and mechanical anisotropy were carried-out in as-built, heat treated, and hot isostatic pressed (HIP) conditions. The heat treatment and HIP were done according to AMS5662 and ASTM F3055 standards, respectively. Microstructural investigations were done by optical microscopy, scanning electron microscopy, field emission scanning electron microscopy equipped by electron backscattered diffraction detector, and X-ray diffraction method. The mechanical properties were determined in different directions at room and 650 °C using small punch test. In addition, tensile test specimens were built vertically and horizontally to compare the anisotropy level with the small punch method. The results showed that the nature of melting and solidification leads to the formation of columnar grains along the building direction during the SLM process. The latter resulted in strong cubic texture component and consequently mechanical anisotropy. Mechanical tests revealed that side view sample exhibits 35% grater maximum loads at room temperature. However, top view showed 6% better mechanical properties at high temperature. Also, after standard heat treatment, the degree of anisotropy reduced to 11% at room and 4% at 650 °C. Microstructural observations showed that the columnar grains and all kinds of defects eliminated after HIP treatment followed by precipitation hardening. It also increased the relative density of IN718 parts from 99.50% to 99.96%. Besides, the degree of anisotropy decreased to 3% in room and 2% at high temperatures. Fractography of punched samples shows a ductile surface for the side and brittle for the top view at room temperature. On the contrast, high temperature fracture surfaces are vice versa. The fracture surface of top view represented ductile fracture mode after heat treatments while the side view shows brittle surface. After all, samples subjected to hot isostatic pressing showed ductile fracture surface in all conditions.
هدف از تحقیق حاضر مطالعه تأثیر ناهمسانگردی ریزساختاری بر خواص مکانیکی دمای محیط و دمای بالای سوپرآلیاژ اینکونل 718 تولید شده به روش ساخت افزودنی ذوب گزینشی لیزری می­باشد. بدین منظور نمونه­های مکعبی با فرایند ذوب گزینشی لیزری ساخته شد و بررسی­های ریزساختاری و مکانیکی در حالات پس از ساخت، پس از عملیات حرارتی و پس از عملیات پرسکاری ایزواستاتیک داغ انجام گرفت. عملیات حرارتی رسوب سختی مطابق استاندارد AMS5662 و عملیات پرسکاری ایزواستاتیک داغ مطابق استاندارد F3055 روی نمونه­ها انجام شد. مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مجهز به آشکار ساز پراش الکترون­های بازگشتی و آزمون پراش پرتو ایکس انجام شد. خواص مکانیکی نمونه­ها در جهات مختلف با استفاده از آزمون پانچ کوچک در دمای محیط و دمای 650 درجه سانتی­گراد اندازه­گیری شد. هم­چنین به منظور مقایسه ناهمسانگردی در حالت پس از ساخت، نمونه­های آزمون کشش بصورت افقی و عمودی به روش ذوب گزینشی لیزری ساخته شد و تحت آزمون کشش قرار گرفت. نتایج بررسی­های ریزساختاری نشان داد که شرایط حاکم بر ساخت نمونه­ها به روش ذوب گزینشی لیزری موجب تشکیل دانه­های ستونی و ایجاد بافت کریستالوگرافی مکعبی قوی در حالت پس از ساخت و در نتیجه ناهمسانگردی مکانیکی شده است. بررسی­های خواص مکانیکی نشان داد بافت کریستالوگرافی تشکیل شده موجب شده تا نیروی بیشینه وجه جانبی 35 درصد بیشتر از وجه بالایی در دمای محیط باشد. این در حالی بود که وجه بالایی حدود 6 درصد خواص بهتری را در دمای بالا نشان داد. انجام عملیات حرارتی استاندارد، درجه ناهمسانگردی بین وجه جانبی و بالایی را به 11 درصد در دمای محیط و 4 درصد در دمای بالا کاهش داد که علت آن به رخداد تبلور مجدد جزیی و تغییرات ریزساختاری نسبت داده شد. انجام عملیات حرارتی کامل مطابق سیکل HIP+HT موجب همگن شدن ساختار، حذف کامل ساختار ستونی و از بین رفتن عیوب ساختاری ناشی از فرایند ذوب گزینشی لیزری شد و چگالی نسبی را از 50/99 درصد به 96/99 درصد افزایش داد. بررسی­های خواص مکانیکی انجام شده بر روی نمونه­های HIP+HT نشان داد که عملیات حرارتی مذکور علاوه بر افزایش استحکام هر دو وجه در دمای محیط و دمای بالا نسبت به حالت پس از ساخت و عملیات حرارتی شده، موجب کاهش ناهمسانگردی مکانیکی به 3 درصد در دمای محیط و 2 درصد در دمای بالا نیز شده است. مطالعه سطوح شکست نمونه­ها نشان داد که ناهمسانگردی ریزساختاری موجب تفاوت در مکانیزم شکست نمونه­ها شده است؛ به طوری که سطح شکست نمونه وجه جانبی، در حالت پس از ساخت در دمای محیط به صورت نرم و نمونه وجه بالایی به صورت ترد درون دانه­ای می­باشد. این در حالی است که مکانیزم شکست در دمای بالا برای وجه بالایی ترد درون دانه­ای و برای وجه جانبی ترد بین دانه­ای بود. پس از انجام عملیات حرارتی ، سطوح شکست دمای محیط برای نمونه جانبی ترد درون دانه­ای و برای نمونه بالایی نرم بوده و در دمای بالا با مکانیزم ترد رخ داده است. بررسی سطوح شکست نمونه­ها پس از انجام عملیات HIP+HT، شکست نرم را در دمای محیط و دمای 650 درجه سانتی­گراد نشان داد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی