مشخصه‌يابي ريزساختاري و بررسي خواص مكانيكي سوپرآلياژ IN617 پس از كاركرد طولاني مدت

Microstructural characterization and mechanical properties of IN617 superalloy after long-term operation

تغييرات ريزساختاري و خواص مكانيكي سوپرآلياژ IN617 كاركرده در دماي °C750 و زمان 105000 ساعت مورد بررسي قرار گرفت. جهت بررسي از آزمايش هاي متالوگرافي، SEM، TEM، استخراج فازها از زمينه، XRD و خواص مكانيكي استفاده شد. در اثر كاركرد طولاني مدت در بيشتر مرزدانه‌ها كاربيدهاي پيوسته تشكيل شده و در درون دانه‌ها و مرزهاي دوقلويي نيز كاربيدهاي درشت تشكيل شده است. كسر سطحي كاربيدها از 0/5 درصد در نمونه‌ي كارنكرده به 6/5 درصد در نمونه‌ي كاركرده افزايش يافت. علاوه بر سه تركيب اصلي M6C، M23C6 و Ti(C,N) در ساختار فاز γ' و به مقدار ناچيز فاز مضر دلتا شناسايي گرديد. وجود فاز γ' پس از زمان كاركرد 105000 ساعت نشان دهنده پايداري خواص سوپرآلياژ 617 است. بر اساس ابعاد ذرات γ' (4-10 نانومتر) و هم چنين مورفولوژي آنها، اين فاز در مرحله انحلال قرار دارد. از 6/5 درصد كسر سطحي كاربيدها، 2/2 درصد به كاربيد M6C اختصاص دارد؛ براساس بررسي ريزساختاري و نتايج آناليز عنصري اين كاربيد در مرحله استحاله به كاربيد M23C6 و فاز γ' قرار داشته و درصد كمي از تركيب Ti(C,N) نيز به كاربيد تبديل شده است. وجود كاربيدهاي M23C6 با ابعاد كمتر از 200 نانومتر در داخل دانه‌ها نشان‌دهنده ادامه فرايند جوانه‌زني كاربيدها، هر چند كم است. بيش از 90 درصد مورفولوژي كاربيدها به شكل‌هاي شبه‌كروي و بي‌شكل بوده و باقيمانده به شكل‌هاي صفحه‌اي و ميله‌اي شكل مي‌باشند. مورفولوژي و ابعاد كاربيدهاي مرزدانه‌اي و درون‌دانه‌اي نشان مي‌دهند كه آنها در مرحله ادغام و توده‌اي‌شدن قرار دارند. استحكام و سختي آلياژ كاركرده بهتر از نمونه‌ي كارنكرده است؛ اما به دليل تشكيل كاربيدهاي درشت مرزدانه‌اي انرژي ضربه بيش از 75 درصد كاهش يافت. نتايج آزمايش ها و ارزيابي نشان داد كه سوپرآلياژ 617 ماده مناسبي براي محدوده‌ي دمايي 800-700 درجه و زمان‌هاي طولاني مدت است.

The microstructural evolutions and mechanical properties of the IN617 superalloy aged at 750°C for 105000 hours were investigated. Microstructural examinations were carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). Microstructural evaluations shows that continuous carbides have been formed in all grain boundaries and large carbides have been formed within the grains and twin boundaries, due to long-term aging at high temperature. The volume fraction of carbides increases from 0.5% in the as-received plate to 6.5% in the aged sample. In addition to the three main compounds of M6C, M23C6 and Ti(C,N), the γ' phase and a small amount of harmful δ phase have been identified in the aged specimen. The stability of mechanical properties at high temperature is attributed to the presence of γ' phase after 105000 hours of aging. Based on γ' particles sizes (4-10 nm) as well as their morphology, this phase is in the dissolution stage after 105000 hours. Furthermore, M6C is in the transformation stage to M23C6 carbide and γ' phase, and a small amount of Ti(C,N) has been transformed to carbide. The presence of M23C6 carbides with dimensions less than 200 nm inside the grains indicates that the nucleation process of carbides continues. More than 90% of the carbides have spherical, quasi-spherical and irregular morphologies, and the rest are plate-like and rod-shaped. The morphology and size of the carbides formed at grain boundaries and intragranular regionsindicate that they are in the process of dissolution and agglomeration. The strength and hardness of the aged alloy is better than the as-received plate; However, due to the formation of large carbides in the grain boundaries, the impact energy of the aged alloy has been reduced by more than 75% as compared to the as-received plate. The results shows that IN617 is a suitable alloy for the long-term services at temperature range of 700-800°C .