توصيفگر ها :
سوپرآلياژ هاستلوي ايكس , ساخت افزودني , استحاله تبلور مجدد , خواص كششي , بافت بلوري
چكيده فارسي :
فناوري ساخت افزودني فلزات بر مبناي ساخت لايهبهلايه قطعات به عنوان يكي از روشهاي نوظهور ساخت و توليد با هدف توليد قطعات پيچيده، كاهش مراحل توليد و ساخت قطعات با كيفيت بالا توسعه يافته است. هدف از تحقيق حاضر بررسي اثر ريزساختار بر خواص كششي دماي بالاي سوپرآلياژ پايه نيكل هاستلوي ايكس فراوريشده با روش ذوب بستر پودر با ليزر است. بدين منظور نمونههاي مكعبيشكل به منظور تعيين پارامترهاي بهينه ساخت فرايند ذوب بستر پودر با ليزر ساخته شد تا چگالي نسبي آنها مورد بررسي قرار گيرد. پس از يافتن نمونه بهينه از نظر بالاترين چگالي نسبي، تاثير استفاده از دو الگوي روبش موسوم به ميندر و جزيرهاي مورد بررسي قرار گرفت. سپس نمونههاي مذكور در دماهاي 900 و 1175 درجه سانتيگراد عمليات حرارتي شدند. ريزساختار نمونهها با استفاده از ميكروسكوپهاي الكتروني نوع روبشي، روبشي گسيل ميداني (مجهز به آشكارساز پراش الكترونهاي برگشتي) و عبوري – روبشي مشخصهيابي شد. علاوه بر آن آزمونهاي كشش در دماهاي 25، 560، 760 و 860 درجه سانتيگراد انجام شد. نتايج بررسيهاي ريزساختاري حاكي از تشكيل ساختار سلولي انجمادي و سلول- نابجايي با ابعاد كمتر از ميكرومتر در داخل دانههاي ستوني فاز آستنيت در نمونههاي ميندر و جزيرهاي بود. در ساختار سلول- نابجايي جدايش عناصر موليبدن و كروم به ديواره سلولهاي داراي چگالي بالايي از نابجاييها مشخصهيابي شد. در نمونههاي عمليات حرارتيشده در دماي 900 درجه سانتيگراد به مدت 120 دقيقه، رسوبات غني از موليبدن و كروم در زمينه آستنيتي مشخصهيابي شد، با اين وجود ريخت دانهها همچنان ستوني بود. در مقابل، عمليات حرارتي در دماي 1175 درجه سانتيگراد به مدت 120 دقيقه موجب تغيير ريخت دانهها از حالت ستوني به تقريباً هممحور و كاهش قابل ملاحظه در چگالي نابجاييها به دليل وقوع استحاله تبلورمجدد گرديد. نتايج بررسي سينتيكي استحاله تبلورمجدد نشان داد به دليل داشتن توان آورامي حدود 49/3 و 76/3 به ترتيب در مورد نمونههاي ميندر و جزيرهاي رشد دانههاي تبلورمجدديافته در سهبعد انجام ميشود. سازوكار وقوع استحاله تبلورمجدد از نوع بادكردن مرزدانههاي بزرگزاويه بود. با اين وجود بررسيهاي ريزساختاري نشان داد مرزهاي دوقلويي نقش اساسي را در گسترش ناحيه متبلورشده ايفا ميكند. ارزيابي خواص كششي نمونهها نشان داد در دماي محيط، نمونه ساختهشده با الگوي روبش ميندر به مقدار جزيي خواص كششي بهتري را نسبت به نمونه ساختهشده با الگوي روبش جزيرهاي، در حالت قبل از انجام عمليات حرارتي، نشان ميدهد. با افزايش دماي آزمون كشش، همزمان استحكام و انعطافپذيري نمونهها كاهش يافت و شكست نوع ترد به دليل تشكيل تركهاي مرزدانهاي در حين آزمون كشش، در نمونهها ايجاد شد. برخلاف نتايج آزمونهاي كشش در دماي محيط، در دماهاي بالاتر از دماي محيط، نمونه جزيرهاي به دليل داشتن اندازه دانه بزرگتر نسبت به نمونه ميندر خواص كششي بهتري را نشان داد. عمليات حرارتي در دماي 900 درجه سانتيگراد موجب بهبود جزيي در استحكام دماي محيط و در مقابل كاهش انعطافپذيري شد. در مقابل، اين چرخه عمليات حرارتي تاثير مثبتي بر خواص كششي دماهاي بالا، مخصوصاً انعطافپذيري، نداشت. از طرف ديگر، انجام عمليات حرارتي در دماي 1175 درجه سانتيگراد به مدت 120 دقيقه موجب تغببرات جزيي در استحكام و بهبود قابلملاحظه در انعطافپذيري در تمامي دماهاي مورد بررسي ميشود. مطابق با بررسيهاي ريزساختاري و نتايج شكستنگاري، كاهش چگالي نابجاييها و تشكيل مرزدانههاي بزرگزاويه خاص (مرزهاي دوقلويي) به عنوان عوامل موثر بر بهبود خواص كششي دماهاي بالا در سوپرآلياژ هاستلوي ايكس فراوريشده به روش ذوب بستر پودر با ليزر عمليات حرارتيشده در دماي 1175 درجه سانتيگراد شناخته شدند. به طور كلي، نمونه جزيرهاي عمليات حرارتيشده در دماي 1175 درجه سانتيگراد خواص كششي بهتري را نسبت به نمونه ميندر در شرايط مشابه داشت كه اين موضوع ناشي از تشكيل كسر بيشتري از دانههاي تبلورمجدديافته و وجود چگالي كمتري از نابجاييها بود.
چكيده انگليسي :
Metal additive manufacturing technology based on layer-by-layer fabrication is one of the newfound manufacturing methods promoted to produce complex parts, reduce production sequences, and fabricate high-quality sectors. This research aims to investigate the effect of microstructure type on the elevated temperature mechanical properties of laser powder-bed fusion (LPBF) Hastelloy X Ni-based superalloys. Hence, cubic-shaped samples were built to determine the optimized processing parameters of the LPBF process. After reaching the optimum sample regarding the relative density, the effect of using the two scanning patterns, namely the Meander and the Island, was elucidated. The mentioned samples were then subjected to heat treatment at 900 °C and 1175 °C. The microstructure of the fabricated samples was evaluated utilizing a scanning electron microscope, field emission scanning electron microscope equipped with an electron backscatter diffraction detector, and scanning transmission electron microscope. In addition, the tensile properties of the samples were investigated at 25 °C, 560 °C, 760 °C, and 860 °C. The microstructural evaluations revealed the formation of submicron solidification cell and dislocation-cell structures within the columnar grain of austenite phase for Meander and Island samples. In the dislocation-cell structure, segregation of Cr and Mo to the cell walls containing dense dislocation tangles was characterized. In the samples heat-treated at 900 °C for 120 min, Cr- and Mo-rich particles were characterized in the austenitic matrix, while the morphology of the grains remained columnar. On the other hand, heat treatment at 1175 °C for 120 min resulted in a change in the morphology of grains to nearly equiaxed ones, and a significant reduction in the dislocation density, due to the occurrence of the recrystallization transformation. The investigation results on the kinetics of recrystallization transformation revealed that as a result of having the Avrami exponent of 3.49 and 3.76 for the Meander and Island samples, respectively, the growth of recrystallized grain took place at 3D. The mechanism of the recrystallization transformation was bugling of the high-angle grain boundaries. Moreover, the microstructural investigations illustrated that the twin boundaries played an essential role in developing the recrystallized region. Study on tensile behavior of the samples indicated at room temperature and as-built condition, the Meander samples showed slightly higher strength and ductility than the Island ones. Increasing the tensile test temperature decreased the samples' strength and ductility. And the samples underwent brittle fracture due to the formation of intergranular cracks. In contrast to tensile results at room temperature, the Island sample showed better tensile behavior at elevated temperature owing to a larger grain size than the Meander sample. Heat treatment at 900 °C resulted in a slight strength improvement and ductility reduction at room temperature. However, at elevated temperatures, it had no positive impact on the tensile properties, especially ductility. On the other hand, performing the heat-treated at 1175 °C for 120 min caused a slight change in strength and significant improvement in ductility at all the experienced temperatures. According to the microstructural studies and fractography results, reduction in the dislocation density and formation of the especial high-angle grain boundaries (twin boundaries) was known as the main factors resulting in improvement in elevated temperature tensile properties of laser powder bed fusion Hastelloy X heat treated at 1175. Overall, it was revealed that the Island sample heat-treated at 1175 °C had better tensile behavior than the Meander sample under the same condition, resulting from the formation of more fraction of recrystallized grains and presence of less dislocations' density.