مشخصه‌یابی ریزساختاری و بررسی خواص مکانیکی سوپرآلیاژ IN617 پس از کارکرد طولانی مدت

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

محسن مهدیزاده ¹ , حسن فرهنگی ²

1 - دانشجوی دکترای گروه مهندسی مواد ومتالوژی،پردیس البرز ،دانشگاه تهران،تهران،ایران
2 - دانشیار دانشکده مهندسی مواد و متالوژی ،دانشکده فنی،دانشگاه تهران،تهران،ایران

تاريخ الإرسال : 10 السبت , ربيع الأول, 1443 تاريخ التأكيد : 15 السبت , ربيع الثاني, 1443 تاريخ الإصدار : 15 الإثنين , محرم, 1443

الکلمات المفتاحية: خواص مکانیکی, سوپرآلیاژ IN617, کارکرد طولانی مدت, تغییرات ریزساختاری,

ملخص المقالة :

چکیده
تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ IN617 کارکرده در دمای °C750 و زمان 105000 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی از آزمایشهای متالوگرافی، SEM، TEM، استخراج فازها از زمینه، XRD و خواص مکانیکی استفاده شد. در اثر کارکرد طولانی مدت در بیشتر مرزدانه‌ها کاربیدهای پیوسته تشکیل شده و در درون دانه‌ها و مرزهای دوقلویی نیز کاربیدهای درشت تشکیل شده است. کسر سطحی کاربیدها از 5/0 درصد در نمونه‌ی کارنکرده به 5/6 درصد در نمونه‌ی کارکرده افزایش یافت. علاوه بر سه ترکیب اصلی M₆C، M₂₃C₆ و Ti(C,N) در ساختار فاز γ' و به مقدار ناچیز فاز مضر دلتا شناسایی گردید. وجود فاز γ' پس از زمان کارکرد 105000 ساعت نشان دهنده پایداری خواص سوپرآلیاژ 617 است. بر اساس ابعاد ذرات γ' (4-10 نانومتر) و هم چنین مورفولوژی آنها، این فاز در مرحله انحلال قرار دارد. از 5/6 درصد کسر سطحی کاربیدها، 2/2 درصد به کاربید M₆C اختصاص دارد؛ براساس بررسی ریزساختاری و نتایج آنالیز عنصری این کاربید در مرحله استحاله به کاربید M₂₃C₆ و فاز γ' قرار داشته و درصد کمی از ترکیب Ti(C,N) نیز به کاربید تبدیل شده است. وجود کاربیدهای M₂₃C₆ با ابعاد کمتر از 200 نانومتر در داخل دانه‌ها نشان‌دهنده ادامه فرایند جوانه‌زنی کاربیدها، هر چند کم است. بیش از 90 درصد مورفولوژی کاربیدها به شکل‌های شبه‌کروی و بی‌شکل بوده و باقیمانده به شکل‌های صفحه‌ای و میله‌ای شکل می‌باشند. مورفولوژی و ابعاد کاربیدهای مرزدانه‌ای و درون‌دانه‌ای نشان می‌دهند که آنها در مرحله ادغام و توده‌ای‌شدن قرار دارند. استحکام و سختی آلیاژ کارکرده بهتر از نمونه‌ی کارنکرده است؛ اما به دلیل تشکیل کاربیدهای درشت مرزدانه‌ای انرژی ضربه بیش از 75 درصد کاهش یافت. نتایج آزمایشها و ارزیابی نشان داد که سوپرآلیاژ 617 ماده مناسبی برای محدوده‌ی دمایی 800-700 درجه و زمان‌های طولانی مدت است.

المصادر:

1.               S. Chomette, J.-M. Gentzbittel, B. Viguier, Creep behaviour of as received, aged and cold worked INCONEL 617 at 850°C and 950°C, J. Nucl. Mater. 399 (2010) 266–274. doi:https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2010.01.019.

2.       C. Jang, D. Lee, D. Kim, Oxidation behaviour of an Alloy 617 in very high-temperature air and helium environments, Int. J. Press. Vessel. Pip. 85 (2008) 368–377. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2007.11.010.

3.       S.F. Di Martino, R.G. Faulkner, S.C. Hogg, S. Vujic, O. Tassa, Characterisation of microstructure and creep properties of alloy 617 for high-temperature applications, Mater. Sci. Eng. A. 619 (2014) 77–86. doi:https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.09.046.

4.               X. Xiang, Z. Yao, J. Dong, L. Sun, Dissolution behavior of intragranular M23C6 carbide in 617B Ni-base superalloy during long-term aging, J. Alloys Compd. 787 (2019) 216–228. doi:https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.01.389.

5.               W.-G. Kim, S.-N. Yin, G.-G. Lee, Y.-W. Kim, S.-J. Kim, Creep oxidation behaviour and creep strength prediction for Alloy 617, Int. J. Press. Vessel. Pip. 87 (2010) 289–295. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2010.03.008.

6.               D. Tytko, P.-P. Choi, J. Klöwer, A. Kostka, G. Inden, D. Raabe, Microstructural evolution of a Ni-based superalloy (617B) at 700°C studied by electron microscopy and atom probe tomography, Acta Mater. 60 (2012) 1731–1740. doi:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.11.020.

7.               T. Lillo, J. Cole, M. Frary, S. Schlegel, Influence of Grain Boundary Character on Creep Void Formation in Alloy 617, Metall. Mater. Trans. A. 40 (2009) 2803. doi:10.1007/s11661-009-0051-7.

8.               M. Speicher, F. Kauffmann, J.-H. Shim, M. Chandran, Microstructure evolution in Alloy 617 B after a long-term creep and thermal aging at 700°C, Mater. Sci. Eng. A. 711 (2018) 165–174. doi:https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.11.004.

9.               F. Abe, Research and Development of Heat-Resistant Materials for Advanced USC Power Plants with Steam Temperatures of 700 °C and Above, Engineering. 1 (2015) 211–224. doi:https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015031.

10.           M. Akbari-Garakani, M. Mehdizadeh, Effect of long-term service exposure on microstructure and mechanical properties of Alloy 617, Mater. Des. 32 (2011) 2695–2700. doi:https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.01.017.

11.           M. Forghani, F; Mehdizadeh, M; Rayatpour, Tracing the creep lifetime degradation of IN738LC superalloy based on the primary carbide decomposition reaction and composition changes in the carbide regions, J. New Mater. 11 (2021) 81–94, (in persian). dor: 20.1001.1.22285946.1399.11.42.6.2.

12.           W.L. Mankins, J.C. Hosier, T.H. Bassford, Microstructure and phase stability of INCONEL alloy 617, Metall. Mater. Trans. B. 5 (1974) 2579–2590. doi:10.1007/BF02643879.

13.           R. Krishna, S. V Hainsworth, S.P.A. Gill, A. Strang, H. V Atkinson, Topologically Close-Packed μ Phase Precipitation in Creep-Exposed Inconel 617 Alloy, Metall. Mater. Trans. A. 44 (2013) 1419–1429. doi:10.1007/s11661-012-1491-z.

14.           Q. Wu, H. Song, R.W. Swindeman, J.P. Shingledecker, V.K. Vasudevan, Microstructure of Long-Term Aged IN617 Ni-Base Superalloy, Metall. Mater. Trans. A. 39 (2008) 2569–2585. doi:10.1007/s11661-008-9618-y.

15.           M. Cabibbo, E. Gariboldi, S. Spigarelli, D. Ripamonti, Creep behavior of INCOLOY alloy 617, J. Mater. Sci. 43 (2008) 2912–2921. doi:10.1007/s10853-007-1803-7.

16.           S. Kihara, J.B. Newkirk, A. Ohtomo, Y. Saiga, Morphological changes of carbides during creep and their effects on the creep properties of inconel 617 at 1000 °C, Metall. Trans. A. 11 (1980) 1019–1031. doi:10.1007/BF02654716.

17.           M. Kewther Ali, M.S.J. Hashmi, B.S. Yilbas, Fatigue properties of the refurbished INCO-617 alloy, J. Mater. Process. Technol. 118 (2001) 45–49. doi:https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)01035-4.

18.           R. Krishna, S. V Hainsworth, H. V Atkinson, A. Strang, Microstructural analysis of creep exposed IN617 alloy, Mater. Sci. Technol. 26 (2010) 797–802. doi:10.1179/026708309X12584564052094.

19.           A. Narayan Singh, A. Moitra, P. Bhaskar, G. Sasikala, A. Dasgupta, A.K. Bhaduri, Effect of thermal aging on microstructure, hardness, tensile and impact properties of Alloy 617, Mater. Sci. Eng. A. 710 (2018) 47–56. doi:https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.10.078.

20.           E. Gariboldi, M. Cabibbo, S. Spigarelli, D. Ripamonti, Investigation on precipitation phenomena of Ni–22Cr–12Co–9Mo alloy aged and crept at high temperature, Int. J. Press. Vessel. Pip. 85 (2008) 63–71. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2007.06.014.

21.           G. Yan, Z. Rongcan, T. Liying, H. Shufang, W. Bohan, Microstructural Stability of Alloy 617 Mod. During Thermal Aging, ASME 2014 Symp. Elev. Temp. Appl. Mater. Foss. Nucl. Petrochemical Ind. (2014) 15–19. doi:10.1115/ETAM2014-1001.

22.           Y. Guo, B. Wang, S. Hou, Aging precipitation behavior and mechanical properties of Inconel 617 superalloy, Acta Metall. Sin. (English Lett. 26 (2013) 307–312. doi:10.1007/s40195-012-0249-3.

                J.K. Wright, Progress Report on Alloy 617 Time Dependent Allowables, (n.d.). doi:10.2172/1236836.