ارزيابي ريزساختاري و مكانيزم‌ هاي آسيب پره متحرك رديف اول توربين GE MS9011 پس از كاركرد طولاني مدت در شرايط كاركرد توربين

مقدمه: سوپرآلياژهاي پايه نيكل رسوب سخت شونده به دليل خواص مكانيكي دماي بالا منحصربفردشان، داراي قابليت كاركرد در شرايط دما - فشار بالا در محيط هاي خورنده هستند. يكي از كاربردهاي اين آلياژها استفاده در بخش داغ توربين‌هاي گازي است كه مي‌توانند به عنوان پره هاي متحرك و ثابت مورداستفاده قرار گيرند. به دليل زمان بالاي كاركرد اين قطعات در دماي نسبتاً بالا (800 الي 950 درجه سانتي گراد)، خواص اين آلياژها پس از مدتي تغيير كرده و همچنين احتمال ايجاد آسيب هاي مختلفي از قبيل اكسيداسيون، تغيير شكل هاي شديد موضعي، خزش و خستگي در آن ها وجود دارد. اين تغييرات و آسيب هاي بيان شده روي قابليت اطمينان كاركرد اين قطعات حساس و همچنين عملكرد آنها به شدت تاثير مي گذارند. روش: در اين تحقيق به بررسي مكانيزم هاي آسيب و خواص ريزساختاري سوپرآلياژ GTD-111 به عنوان يك سوپرآلياژ پايه نيكل رسوب سخت شونده، پرداخته مي شود. لذا در اين تحقيق از ايرفويل پره 75000 ساعت كاركرده به عنوان منطقه تحت حرارت بالا و از ريشه به عنوان ريزساختار شاهد استفاده شده است. مشخصه‌يابي آلياژ كاركرده به كمك ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ميكروسكوپ الكتروني عبوري، آناليز طيف نگار تفكيك انرژي پرتو ايكس انجام شد. به منظور بررسي هاي آسيب هاي ناشي از كاركرد، پره مورد نظر توسط آزمون هاي غير مخرب پرتو ايكس و آزمون مايع نافذ فلورسنتي مورد بررسي قرار گرفته شد. يافته ها: طبق تحليل المان محدود، بخش ايرفويل پره دماي بالايي را تجربه مي كند كه در محدود 800-925 درجه سانتي گراد است. براساس نتايج بدست آمده از آزمون هاي غير مخرب، سطح پره فقط داراي عيوبي از قبيل كندگي پوشش سد حرارتي، تغيير فرم هاي پلاستيك موضعي در نوك پره است. براساس بررسي هاي ريزساخاري، تغييرات شديدي ريزساختاري ازقبيل درشت شدن و تغيير مورفولوژي از مكعبي  به كروي فازهاي رسوب سخت اوليه γ′، انحلال فازهاي رسوب سخت ثانويه γ′ كه در زمينه γ قرار داشتند، تجزيه فازهاي كاربيدي MC به فازهاي M23C6، پيوستگي فازهاي كاربيدي M23C6 در مرزدانه و ايجاد فازهاي TCP در مناطق بين دندريتي ناشي از كاركرد طولاني مدت، ديده شده است. براساس نتايج بدست آمده از ميكروسكوپ الكتروني عبوري، نابجايي هايي در زمينه γ و فصل مشترك γ-γ′ مشاهده شده است. قابل ذكر است به دليل پايين بودن سطح تنش، مقدار نابجايي هاي موجود در فاز γ′ كه ميتواند به صورت SFE و APB باشد، محدود است. نتيجه گيري: نتايج ريزساختاري حاكي از وجود زوال ساختاري شديد پس از 75000 ساعت كاركرد توربين است. زوال ساختاري اصلي كه ميتواند منجر به كاهش شديد خواص مكانيكي در دماي بالا و به تبع آن كاهش شديد قابليت اطمينان شود عبارتند از تغيير اندازه و مورفولوژي فازهاي رسوب سخت γ′ و پيوستگي فازهاي كاربيدي ترد در مرزدانه هاي آلياژ GTD-111. اكسيداسيون در مرزدانه و ايجاد ترك در سوراخ هوا خنك پره در ارتفاع 50 درصد ايرفويل نيز به عنوان ديگر مكانيزم آسيب تعيين شده است.