Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ahmad Rezaian,Ahmad KermanPour
محسن بدرسماي (استاد مشاور) احمد رضائيان (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Rezaei
علي رضائي

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 تحقيق حاضر مطالعه تأثير ناهمسانگردي ريزساختاري بر خواص مکانيکي دماي محيط و دماي بالاي سوپرآلياژ اينکونل 718 توليد شده به روش ساخت افزودني ذوب گزينشي ليزري مي­باشد. بدين منظور نمونه­هاي مکعبي با فرايند ذوب گزينشي ليزري ساخته شد و بررسي­هاي ريزساختاري و مکانيکي در حالات پس از ساخت، پس از عمليات حرارتي و پس از عمليات پرسکاري ايزواستاتيک داغ انجام گرفت. عمليات حرارتي رسوب سختي مطابق استاندارد AMS5662 و عمليات پرسکاري ايزواستاتيک داغ مطابق استاندارد F3055 روي نمونه­ها انجام شد. مطالعات ريزساختاري با استفاده از ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، ميکروسکوپ الکتروني روبشي گسيل ميداني مجهز به آشکار ساز پراش الکترون­هاي بازگشتي و آزمون پراش پرتو ايکس انجام شد. خواص مکانيکي نمونه­ها در جهات مختلف با استفاده از آزمون پانچ کوچک در دماي محيط و دماي 650 درجه سانتي­گراد اندازه­گيري شد. هم­چنين به منظور مقايسه ناهمسانگردي در حالت پس از ساخت، نمونه­هاي آزمون کشش بصورت افقي و عمودي به روش ذوب گزينشي ليزري ساخته شد و تحت آزمون کشش قرار گرفت. نتايج بررسي­هاي ريزساختاري نشان داد که شرايط حاکم بر ساخت نمونه­ها به روش ذوب گزينشي ليزري موجب تشکيل دانه­هاي ستوني و ايجاد بافت کريستالوگرافي مکعبي قوي در حالت پس از ساخت و در نتيجه ناهمسانگردي مکانيکي شده است. بررسي­هاي خواص مکانيکي نشان داد بافت کريستالوگرافي تشکيل شده موجب شده تا نيروي بيشينه وجه جانبي 35 درصد بيشتر از وجه بالايي در دماي محيط باشد. اين در حالي بود که وجه بالايي حدود 6 درصد خواص بهتري را در دماي بالا نشان داد. انجام عمليات حرارتي استاندارد، درجه ناهمسانگردي بين وجه جانبي و بالايي را به 11 درصد در دماي محيط و 4 درصد در دماي بالا کاهش داد که علت آن به رخداد تبلور مجدد جزيي و تغييرات ريزساختاري نسبت داده شد. انجام عمليات حرارتي کامل مطابق سيکل HIP+HT موجب همگن شدن ساختار، حذف کامل ساختار ستوني و از بين رفتن عيوب ساختاري ناشي از فرايند ذوب گزينشي ليزري شد و چگالي نسبي را از 50/99 درصد به 96/99 درصد افزايش داد. بررسي­هاي خواص مکانيکي انجام شده بر روي نمونه­هاي HIP+HT نشان داد که عمليات حرارتي مذکور علاوه بر افزايش استحکام هر دو وجه در دماي محيط و دماي بالا نسبت به حالت پس از ساخت و عمليات حرارتي شده، موجب کاهش ناهمسانگردي مکانيکي به 3 درصد در دماي محيط و 2 درصد در دماي بالا نيز شده است. مطالعه سطوح شکست نمونه­ها نشان داد که ناهمسانگردي ريزساختاري موجب تفاوت در مکانيزم شکست نمونه­ها شده است؛ به طوري که سطح شکست نمونه وجه جانبي، در حالت پس از ساخت در دماي محيط به صورت نرم و نمونه وجه بالايي به صورت ترد درون دانه­اي مي­باشد. اين در حالي است که مکانيزم شکست در دماي بالا براي وجه بالايي ترد درون دانه­اي و براي وجه جانبي ترد بين دانه­اي بود. پس از انجام عمليات حرارتي ، سطوح شکست دماي محيط براي نمونه جانبي ترد درون دانه­اي و براي نمونه بالايي نرم بوده و در دماي بالا با مکانيزم ترد رخ داده است. بررسي سطوح شکست نمونه­ها پس از انجام عمليات HIP+HT، شکست نرم را در دماي محيط و دماي 650 درجه سانتي­گراد نشان داد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی