Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Ahmad KermanPour
عبدالمجيد اسلامي (استاد مشاور) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soroush Saeedipour
سروش سعيدي 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
آلياژهاي TiAl با دارا بودن ويژگي‌هاي بسيار مطلوبي چون استحکام ويژه بالا، چگالي پايين و مقاومت عالي به خزش و اکسيداسيون به عنوان کانديدايي مناسب براي مواد ساختاري مورد استفاده در دماهاي بالا نظير قطعات داغ توربين­هاي گازي شناخته مي‌شوند. نگراني اصلي براي استفاده سازه­اي از اين آلياژها چقرمگي شکست ضعيف در دماي محيط است. کاهش اندازه دانه راهي مناسب براي رفع مشکل ياد شده و بهبود خواص مکانيکي مي­باشد. در اين راستا استحاله توده‌اي از مؤثرترين روش‌ها جهت ظريف کردن ريزساختار در آلياژهاي TiAl به شمار مي‌آيد. گذشته از بکارگيري استحاله توده­اي، استفاده از عنصر نيتروژن نيز به دليل جلوگيري از رشد دانه‌ها و همچنين بهبود خواص مکانيکي مي­تواند بسيار مفيد واقع گردد. در پژوهش حاضر آلياژهاي نسل چهارم Ti-46Al-8Ta (at.%) حاوي مقادير مختلف نيتروژن 12/0، 45/0، 05/1 و 2 درصد اتمي با استفاده از کوره ذوب مجدد قوسي تحت خلأ ساخته شد. نمونه­هاي ريختگي تحت فرايند پرس­کاري ايزواستاتيک داغ (HIP) در دماي C? 1200، فشار MPa 103 به مدت 4 ساعت و متعاقب آن تحت عمليات همگن­سازي در دماي C? 1250 به مدت 15 ساعت قرار گرفتند. در ادامه نمونه­هاي همگن شده در دماي ?C 1350 به مدت 120 دقيقه آنيل شده و در محيط­هاي مختلف کوره، هوا، روغن و آب سرد شدند. در مرحله پاياني نمونه­هاي با ساختار ? توده­اي در دماي ?C 1260 به مدت 2 ساعت پيرسازي شدند. در اين تحقيق بررسي­هاي فازي از طريق پراش پرتو ايکس (XRD)، آناليز حرارتي افتراقي (DTA) و نرم‌افزار ترموکلک انجام شد. تغييرات ريزساختاري به وسيله ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) و ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) مورد بررسي قرار گرفت. خواص مکانيکي نمونه‌ها توسط آزمون­هاي سختي­سنجي و پانچ کوچک (SP) و مقاومت اکسيداسيون داغ نمونه­ها در دماي C? 900 به مدت 1000 ساعت ارزيابي شد. نتايج نشان داد که افزودن نيتروژن منجر به تغيير فاز اوليه حين انجماد از ? به ?، کاهش فاز شبه‌پايدار B2 و ريز شدن ساختار دندريتي مي­شود. اين در حالي است که تأثير نيتروژن بر دماهاي T ? و T E ، مقادير فواصل بين لايه­اي و همچنين درصد حجمي فازهاي ? و ? 2 غيريکنواخت ارزيابي شد. بررسي ريزساختارهاي حاصل از سرد کردن از ناحيه تک فاز ? با سرعت­هاي مختلف نشان داد که نيتروژن از انجام استحاله توده­اي جلوگيري مي­کند. نتايج بررسي صورت گرفته روي مقاومت به اکسيداسيون داغ آلياژهاي با مقادير مختلف نيتروژن نشان داد که با افزايش نيتروژن تا ميزان 45/0 درصد اتمي، سينتيک اکسيداسيون داغ کند شده و مقاومت به اکسيداسيون افزايش مي‌يابد، در حالي که با افزايش بيشتر نيتروژن، مقاومت به اکسيداسيون داغ کاهش مي­يابد. علاوه بر اين نشان داده شد که ساختار درهم‌پيچيده ? 2 +? در حين عمليات اکسيداسيون داغ به مدت طولاني ناپايدار بوده و به ساختار ?+? تبديل مي‌شود. بر اساس نتايج آزمون­هاي مکانيکي در دماي محيط و دماي C? 850، افزودن نيتروژن تا مقادير متوسط (at.% 05/1-45/0) در نمونه­هاي با ساختارهاي دوپلکس، لايه­اي و درهم­پيچيده، منجر به افزايش سختي و نيروي بيشينه و کاهش مقدار جابجايي در نقطه شکست شد. در حالي که با افزودن مقادير بالاتر نيتروژن، علي­رغم افزايش سختي، ريزدانگي بيشتر و افزايش رسوب­گذاري ذرات Ti 2 AlN، نيروي بيشينه افت نمود. بررسي سطوح شکست نمونه­هاي SPT نشان داد مکانيزم شکست نمونه­هاي پر نيتروژن، جوانه­زني ترک از محل نيتريدهاي مجتمع شده در ساختار مي­باشد که موجب تضعيف شديد خواص مکانيکي دماي محيط و دماي بالا مي­شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی