Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Ahmad KermanPour
عبدالمجید اسلامی (استاد مشاور) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soroush Saeedipour
سروش سعیدی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394

TITLE

Development of grain refined N-bearing Ti-46Al-8Ta (at. %) intermetallic alloys and evaluation of their mechanical properties and hot oxidation resistance
This study concentrates on the microstructure refinement, high and low temperature mechanical properties and oxidation resistance of a Ti-46Al-8Ta-xN (x=0-2 at. %). The achieved results showed that alloying with N causes dendrite refinement, reduction of the retained metastable B2 phase and changing the ? primary phase to the ? phase during solidification in the as-cast microstructure. Moreover, the effect of N on interlamellar spacing, amount of constituent phases, and also T? and TE was not uniform. The hot oxidation resistance is increased with an increase in N content up to 0.45 at. % whereas a further increase in N content decreases the hot oxidation resistance. The results showed that the maximum small punch load at room temperature and 850 ?C enhanced at the expense of displacement at the onset of fracture and with increasing N content up to 0.45-1.05 at. %, beyond which the maximum load was dropped despite increasing in hardness and also more Ti2AlN precipitation and grain refinement. While crack-tip plastic deformation, crack-bridging ligaments and plasticity around crack tips occurred in the fracture surface of the low-N alloys, a high amount of accumulated nitrides act as crack initiation sites and deteriorates mechanical properties of the high-N alloy. Keywords
آلیاژهای TiAl با دارا بودن ویژگی‌های بسیار مطلوبی چون استحکام ویژه بالا، چگالی پایین و مقاومت عالی به خزش و اکسیداسیون به عنوان کاندیدایی مناسب برای مواد ساختاری مورد استفاده در دماهای بالا نظیر قطعات داغ توربین­های گازی شناخته می‌شوند. نگرانی اصلی برای استفاده سازه­ای از این آلیاژها چقرمگی شکست ضعیف در دمای محیط است. کاهش اندازه دانه راهی مناسب برای رفع مشکل یاد شده و بهبود خواص مکانیکی می­باشد. در این راستا استحاله توده‌ای از مؤثرترین روش‌ها جهت ظریف کردن ریزساختار در آلیاژهای TiAl به شمار می‌آید. گذشته از بکارگیری استحاله توده­ای، استفاده از عنصر نیتروژن نیز به دلیل جلوگیری از رشد دانه‌ها و همچنین بهبود خواص مکانیکی می­تواند بسیار مفید واقع گردد. در پژوهش حاضر آلیاژهای نسل چهارم Ti-46Al-8Ta (at.%) حاوی مقادیر مختلف نیتروژن 12/0، 45/0، 05/1 و 2 درصد اتمی با استفاده از کوره ذوب مجدد قوسی تحت خلأ ساخته شد. نمونه­های ریختگی تحت فرایند پرس­کاری ایزواستاتیک داغ (HIP) در دمای C? 1200، فشار MPa 103 به مدت 4 ساعت و متعاقب آن تحت عملیات همگن­سازی در دمای C? 1250 به مدت 15 ساعت قرار گرفتند. در ادامه نمونه­های همگن شده در دمای ?C 1350 به مدت 120 دقیقه آنیل شده و در محیط­های مختلف کوره، هوا، روغن و آب سرد شدند. در مرحله پایانی نمونه­های با ساختار ? توده­ای در دمای ?C 1260 به مدت 2 ساعت پیرسازی شدند. در این تحقیق بررسی­های فازی از طریق پراش پرتو ایکس (XRD)، آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) و نرم‌افزار ترموکلک انجام شد. تغییرات ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی نمونه‌ها توسط آزمون­های سختی­سنجی و پانچ کوچک (SP) و مقاومت اکسیداسیون داغ نمونه­ها در دمای C? 900 به مدت 1000 ساعت ارزیابی شد. نتایج نشان داد که افزودن نیتروژن منجر به تغییر فاز اولیه حین انجماد از ? به ?، کاهش فاز شبه‌پایدار B2 و ریز شدن ساختار دندریتی می­شود. این در حالی است که تأثیر نیتروژن بر دماهای T ? و T E ، مقادیر فواصل بین لایه­ای و همچنین درصد حجمی فازهای ? و ? 2 غیریکنواخت ارزیابی شد. بررسی ریزساختارهای حاصل از سرد کردن از ناحیه تک فاز ? با سرعت­های مختلف نشان داد که نیتروژن از انجام استحاله توده­ای جلوگیری می­کند. نتایج بررسی صورت گرفته روی مقاومت به اکسیداسیون داغ آلیاژهای با مقادیر مختلف نیتروژن نشان داد که با افزایش نیتروژن تا میزان 45/0 درصد اتمی، سینتیک اکسیداسیون داغ کند شده و مقاومت به اکسیداسیون افزایش می‌یابد، در حالی که با افزایش بیشتر نیتروژن، مقاومت به اکسیداسیون داغ کاهش می­یابد. علاوه بر این نشان داده شد که ساختار درهم‌پیچیده ? 2 +? در حین عملیات اکسیداسیون داغ به مدت طولانی ناپایدار بوده و به ساختار ?+? تبدیل می‌شود. بر اساس نتایج آزمون­های مکانیکی در دمای محیط و دمای C? 850، افزودن نیتروژن تا مقادیر متوسط (at.% 05/1-45/0) در نمونه­های با ساختارهای دوپلکس، لایه­ای و درهم­پیچیده، منجر به افزایش سختی و نیروی بیشینه و کاهش مقدار جابجایی در نقطه شکست شد. در حالی که با افزودن مقادیر بالاتر نیتروژن، علی­رغم افزایش سختی، ریزدانگی بیشتر و افزایش رسوب­گذاری ذرات Ti 2 AlN، نیروی بیشینه افت نمود. بررسی سطوح شکست نمونه­های SPT نشان داد مکانیزم شکست نمونه­های پر نیتروژن، جوانه­زنی ترک از محل نیتریدهای مجتمع شده در ساختار می­باشد که موجب تضعیف شدید خواص مکانیکی دمای محیط و دمای بالا می­شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی