تخمین سختی در سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 با استفاده از روش تحلیل عامل کوینچ (QFA)
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینسید عبدالکریم سجادی 1 , مهدی کیانژاد 2
1 - استاد، مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه فردوسی مشهد – مشهد، ایران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه فردوسی مشهد – مشهد، ایران
کلید واژه: تحلیل عامل کوینچ, QFA, تخمین سختی, سوپرآلیاژ, GTD-111,
چکیده مقاله :
تخمین خواص مکانیکی آلیاژهای مختلف یک راه اولیه و مناسب برای طراحی آلیاژهای با خواص مطلوب مورد نظر است. یکی از راههای تخمین این خواص روش تحلیل عامل کوینچ (QFA) است. این روش برای پیشبینی خواص مکانیکی آلیاژهایی که با عملیات حرارتی رسوب-سختی استحکام مییابند استفاده میشود. با این وجود تاکنون از این روش در تخمین خواص مکانیکی سوپرآلیاژها استفاده نشده است. در این تحقیق، میزان کارایی این روش در پیشبینی سختی در سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 بررسی شد. برای این منظور، تعدادی نمونه از جنس سوپرآلیاژ مذکور از دمای انحلال جزیی در محیطهای مختلف کوینچ شدند. سپس نمونه‌ها در دمای ºC 845 به مدت 24 ساعت پیرسازی و سپس در هوای متلاطم سرد شدند. برای دستیابی به بیش‌ترین و کم‌ترین مقادیر سختی در آلیاژ، دو نمونه پس از حلسازی، بهترتیب در آب نمک همزده و در کوره خاموش سرد شدند و سپس تحت پیرسازی قرار گرفتند. پس از سختیسنجی نمونه‌ها، آن مقادیر در معادلات تحلیل عامل کوینچ قرار داده شدند. مقادیر ثوابت k2 و k3 برای GTD-111 با استفاده از منحنیهای سردکردن و مقادیر سختیهای اندازهگیری شده بهترتیب برابر 11-10 × 12 و J.mol-1 68 به دست آمدند. به‌علاوه، منحنی زمان – دما – خواص (TTP) سوپرآلیاژ GTD-111 با استفاده از ثوابت k2 تا k5 ترسیم شد. نتایج نشان داد که QFA یک روش مناسب برای پیشبینی سختی سوپرآلیاژهای پایه نیکل میباشد.
Prediction of mechanical properties for different alloys is an appropriate way to design alloys with adequate properties. One of the methods is Quench-Factor Analysis (QFA). The technique is used to predict mechanical properties of heat treated alloys. However, there is not yet any study concentrated on superalloys. In the present study, the efficiency of the method for the prediction of hardness of the Ni-based superalloy GTD-111 was evaluated. For this reason, some specimens were quenched in different quenching media. After measuring the hardness values of the samples, they were fitted to the data obtained using classical equations of quench factor analysis. Values k2 to k3 for GTD-111 were determined as 12×10-11 s and 68 j.mol-1, respectively using the cooling curves and measured hardness values. Moreover, the Time-Temperature-Property curve of the superalloy GTD-111 was obtained using the k2 to k5 constants. The results showed that, QFA is an appropriate method for hardness prediction of the Ni-based superalloys.
1- M.P. Petkov, A. Somoza, G. Santos & K.G. Lynn, “Nucleation and Growth Precipitates in a Ni-Based Superalloy”, Mater. Sci. Forum, 363, pp. 189-191, 2001.
2- J.R. Ho & S.H. Hong, “Effect of elastic interaction energy on coarsening of γ΄ precipitates in a mechanically alloyed ODS Ni-base superalloy”, J. Mater. Sci., 34, pp. 329-336, 1999.
3- A.M. Ges, O Fornaro & H.A. Palacio, “Coarsening behaviour of a Ni-base superalloy under different heat treatment conditions”, Mater. Sci. and Eng. A, 458, pp. 96-100, 2007.
4- S.A. Sajjadi, S. Nategh & R.I.L. Guthrie, “Study of microstructure and mechanical properties of high performance Ni-base superalloy GTD-111”, Mater. Sci. and Eng. A, 325, pp. 484-489, 2002.
5- S.A. Sajjadi & S. Nategh, “A high temperature deformation mechanism map for the high performance Ni-base superalloy GTD-111”, Mater. Sci. and Eng. A, 307, pp. 158-164, 2001.
6-S.A. Sajjadi, S.M. Zebarjad, R.I.L. Guthrie & M. Isac, “Microstructure evolution of high performance Ni- base superalloy GTD-111 with heat treatment parameters”, J. Mater. Proc. Techn., 175, pp. 376-381, 2006.
7- J.W. Eavancho & J.T. Staley, “Kinetics of Precipitation in Aluminum Alloys During Continuous Cooling”, Metal. Trans., 5, pp. 43-47, 1974.
8- A. Zehtab Yazdi, S.A. Sajjadi, S.M. Zebarjad & S.M. Moosavi Nezhad, “Prediction of hardness at different points of Jominy specimen using quench factor analysis method”, J. Mater. Proc. Techn., 199, pp. 124-129, 2008.
9-J.D. Bernardin & I. Mudawar, “Validation of the quench factor technique in predicting hardness in heat treatable aluminum alloys”, International Journal for Heat Mass Transfer, 38, pp. 863-873, 1995.
10- J.T. Staley, R.D. Doherty & A.P. Jaworski, “Improved model to predict properties of aluminum alloy products after continuous cooling”, Metall. Trans., A 24, pp. 2417-2427, 1993.
11- C.E. Bates & G.E. Totten, “Quench severity effects on the as-quenched hardness of selected alloy steels”, Heat Treatment of Metals, 2, pp. 45-48, 1992.
12- C.E. Bates, “Predicting properties and minimizing residual stress in quenched steel parts”, J. Heat Treat., 6, pp. 27-45, 1988.
13- C.R. Brooks, “Principles of heat treatment of plain carbon and low alloy steels”, ASM international, 1996.
14- M. Avrami, “Kinetic of phase change”, J. Chem. Phys., 8, pp. 212-224, 1940).
15- J.W. Cahn, “Transformation kinetics during continuous cooling”, Acta Metallurgica, 4, pp. 572-575, 1956.
16- P.A. Rometsch, M.J. Starink & P.J. Gregson, “Improvements in quench factor modelling”, Mater. Sci. and Eng. A, 339, pp. 225-264, 2003.
17- R.J. Flynn & J.S. Robinson, “The application of advances in quench factor analysis property prediction to the heat treatment of 7010 aluminum alloy”, J. Mater. Proc. Techn., 153, pp. 674-680, 2004.
18- J.T. Staley, “Quench factor analysis of aluminum alloys”, Mater. Sci. and Techn., 3, pp. 923-935, 1987.
19- M. Kianezhad & S.A. Sajjadi, “Improvement of Quench Factor Analysis in Phase and Hardness Prediction of a Quenched Steel”, Metal. and Mater. Trans. A, 5, pp. 2053-2059, 2012.
20- S.A. Sajjadi, H.R. Elahifar & H. Farhangi, “Effects of cooling rate on the microstructure and mechanical properties of the Ni-base superalloy UDIMET 500”, J. Alloys and Comp., 455, pp. 215-220, 2008.
21- C.E. Bates, “Selecting quenchants to maximize tensile properties and minimize distortion in aluminum parts”, J. Heat Treating, 5, pp. 27-40, 1987.
_||_