اثر میزان TiO2 در سرباره فرآیند ذوب مجدد سرباره الکتریکی بر ترکیب شیمیایی، ریزساختار و خواص مکانیکی قراضه‌های بازیابی شده سوپرآلیاژ IN713LC

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

مرتضی زمانی ¹ , معصومه سیف اللهی ² , سید مهدی عباسی ³

1 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
3 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر

تاریخ دریافت : 1395/09/09 تاریخ پذیرش : 1396/01/05 تاریخ انتشار : 1397/04/01

کلید واژه: ترکیب شیمیایی, قراضه سوپرآلیاژ IN713LC, فرآیند ذوب مجدد به وسیله سرباره الکتریکی, افزودن TiO2, استحکام گسیختگی,

چکیده مقاله :

در این مقاله، امکان بازیابی قراضه‌های صنعتی سوپرآلیاژ IN713LC از طریق فرآیند ذوب مجدد به وسیله سرباره الکتریکی بررسی می‌گردد. هدف از این تحقیق دستیابی به ترکیب شیمیایی، ریزساختار، خواص کششی و طول عمر گسیختگی در محدوده استاندارد مطابق با استاندارد AMS5377E است. به منظور کنترل اتلاف عناصر Ti و Al، مقادیر مختلف TiO2 (0، 3 و wt% 6) به سرباره کوره با پایه 70CaF2-30Al2O3 اضافه گردید. نتایج نشان داد که در سوپرآلیاژ IN713LC با افزودن wt% TiO23 ، اتلاف عنصر Ti جبران شده و میزان گاز اکسیژن و نیتروژن در آن، به ترتیب، به ppm 3/14 و ppm 16 رسیده است. این مقدار از میزان گاز هدف (ppm 20) تعیین شده در سوپرآلیاژ IN713LC کمتر می‌باشد. همچنین، این شمش دارای بیشترین کسر حجمی فاز γ' به میزان 55% و فاز γ' ریزتر (µm 26/0) می‌باشد. با توجه به نتایج، به علت میزان بالای Al + Ti در این شمش، ریزساختار مناسبی حاصل شده است. در نتیجه‌ی تغییرات ریزساختاری، طول عمر گسیختگی این نمونه نیز در دمای ̊C 982 و تنش MPa 152 به hr 47 می‌رسد. در مقابل با افزودن TiO2 به میزان wt%6 به سرباره علاوه بر جبران اتلاف Ti، میزان Ti در شمش نیز به wt%84/0 افزایش یافته اما کسر حجمی فاز γ' کاهش یافته و خواص کششی و طول عمر نمونه نیز کاهش می‌یابد.

چکیده انگلیسی:

Recycling of industrial scrap of IN317LC superalloys via ESR process is investigated in this article. The purpose of this study is reach to the best chemical composition, microstructure and mechanical properties according to AMS5377E standard. Different levels of TiO2 (0, 3, 6 wt %) were added to 70CaF2-30Al2O3 ESR slag. The results show that in slag wih 3 wt % TiO2, Ti loss compensate by Oxidation-Reduction reaction between slag and melt. As a result of the variation of slag activity, oxygen and nitrogen of the recycled ingot reach to 14.3 and 16 ppm, respectively. In addition, this ingot has the maximum level of γ' particle with minimum size because of high level of (Ti+Al) of this recycled alloy, the good microstructure and the stress rupture life of 47 hr obtained. In the recycled ingot by 6 wt % TiO2, despite of compensation of Ti loss and increase of Ti level, the mechanical properties reduced as a result of reduction of γ' volume fraction.

منابع و مأخذ:

 

[1]    D. V. V. Satyanarayana & N. Eswara Prasad, “Nickel-Based Superalloys”, Aerospace Materials and Materials Technologies, Springer Singapore, pp. 199-228, 2017.

 

[2]    N. D. Souza, “Solidification path in the Ni-base superalloy IN713LC- quantitative correlation of last stage solidification”, Scripta Materialia, Vol. 53, pp. 729-733, 2005.

 

[3]    J. Zyka, I. Andrsova, B. Podhorna & K. Hrbacek, “Mechanical properties and microstructure of IN713LC nickel superalloy casting”, Metal, Vol. 5, pp. 15-17, 2013.

 

[4]    J. F. Papp, “Recycling-metals”, Metal, pp. 62-73, 1997.

 

[5]    M. J. Would, “Recycling of engine serviced superalloys”, superalloys, pp. 31-41, 1980.

 

[6]     D. J. Dyson, “Studies in development of superalloys and clean”, Iron and steel making, Vol. 25, pp. 279-286, 1998.

 

[7]     R. C. Reed, “The Superalloys Fundamentals and Applications”, Cambridge University, First edition, 2006.

 

[8]     Demmons, C. Alan “Superalloy metallurgy a gleeble study of. diss.”, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, 2016.

 

[9]     G. K. Bahat, “Manufacture of shaped casting through electro slag remelting process”, The Iron and Steel Institute of Japan, proceeding of the forth internatonal symposium on electroslag remelting processes, pp. 196-208, 1973.

 

[10]  V. V. Prasad & A. Sambasiva Rao, “Electroslag melting for recycling scrap of valuable metals and alloys”, Recycling of Metals and Engineered Materials, pp. 503-516, 2000.

 

[11]    ا. جعفری، س. م. عباسی، م. مرکباتی و م. سیف اللهی، "اثر نوع فرآیند ذوب مجدد بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی IN100"، نشریه فرآیندهای نوین در مهنذسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 55-66، 1394.

 

[12]  H. J. Klein & J. W. Pridgeon, “Effective electroslag remelting of superalloys”, TheMinerals, Metals and Materials Society, pp. 25-31, 1972.

 

[13]  AMS Committee "F", Nickel alloy, corrosion and resistanat, investment castings, SAE AMS5377E, American naional standard, 1996.

 

[14]  M. Maeda, T. Yahata, K. Mitugi & T. Ikeda, “Aluminothermic reduction of titanium oxide”, Materials Transactions, Vol. 34, pp. 599-603, 1993.

 

[15]  Kharicha, W. Schutzenhofer, A. Ludwig, G. Reiter, “Infuence of the Slag/Pool Interface on the Solidification in an Electro-Slage Remelting Process”, Materials Science Forum, Vol. 649, pp. 229-236, 2010.

 

[16]  W. Dwight, “Investigation into critical parameters which determine the oxygen refining capability of the slag during electroslag remelting of alloy 718”, Vol. 180, 1993.

 

[17]  J. Chipman & D. A. Corrigan, “Advanced materials and processing techniques”, Metallurgical Transact, Vol. 233, pp. 1249, 1965.

 

[18]  L. Lin, T. Huang & M. Qu, “High thermal gradient directional solidification and its application in the processing of Nickel-based superalloys”, materials processing technology, Vol. 210, pp. 159-165, 2010.

 

[19]  B. C. Wilson, E. R. Cutler & G. E. Fuchs, “Effect of solidification parameters on the microstructures and properties of CMSX-10”, Materials Science and Engineering, Vol. 479, pp. 356-364, 2008.

 

[20]    ع. زندگانی و س. ناطق، " تغییرات ریزساختار و رشد رسوبات گاماپرایم در اثر عملیات حرارتی طولانی مدت در سوپر‌آلیاژ پایه نیکل"، نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 1، شماره 1،  صفحه 25-32، 1386.

 

[21]  T. Shibata & Y. Shudo, “Effect of Al, Ti and Nb on the time-temperature behavior of alloy 706”, Metals and Materials Society, pp. 153-162, 1996.