19099

16559

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

هجده، 131ص.: مصور، جدول، نمودار

1402/09/22

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1402/09/25

2993207

سوپرآلياژهاي پايه نيكل به دليل مقاومت در دماي بالا، پركاربردترين مواد فلزي در پره‌هاي توربين و محفظه احتراق هستند و معمولاً با استفاده از روش هسته‌گذاري و مارپيچ (انتخاب‌كننده دانه) به روش بريجمن به‌صورت تك‌كريستال توليد مي‌شود. هدف از اين پژوهش ساخت پره توربين تك‌كريستال از سوپرآلياژ CMSX-4 به روش بريجمن براي اولين بار در ايران است. از آنجايي كه جنس قالب سراميكي نقش كليدي در دستيابي به دقت ابعادي و كيفيت ريخته‌گري ايفا مي‌كند، دو قالب سراميكي آلومينايي و سيليكاتي بر اساس ويژگيهاي مورد نياز در روش ريختهگري دقيق ساخته شد. سپس عناصر مورد نياز در قالب سراميكي ريخته شد و در كوره ذوب بريجمن قرار گرفت. به منظور بررسي ساختار فازي هر دو قالب بعد از پخت در كوره و پس از ريخته‌گري سوپرآلياژ در آن، از آزمون پراش پرتو ايكس استفاده شد. ريزساختار آلياژهاي ريختهگري شده در دو قالب سراميكي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه ريزساختار شامل سه فاز زمينه گاما، فاز استحكام بخش گاماپرايم و نيز فاز كاربيد مي‌باشد. به منظور بررسي ميزان انحراف تك‌كريستال ساخته شده از جهت رشد (100) از روش پراش پرتو ايكس و روش لاوه استفاده گرديد و ميزان انحراف 8 درجه گزارش شد. يكنواختي تركيب شيميايي آلياژ ريخته‌گري شده توسط آناليز تفكيك انرژي (EDS) مورد بررسي قرار گرفت و مشخص شد كه عناصر موجود در آلياژ ريخته‌گري شده در قالب آلومينايي به صورت يكنواخت توزيع شده و جدايش عناصر در آن مشاهده نگرديد. همچنين براي بررسي كيفيت سطح داخلي قالب‌هاي سراميكي از آزمون زبري سنجي استفاده شد و مشخص گرديد كه قالب آلومينايي صافي سطح بهتر و همگن‌تري نسبت به قالب سيليكاتي دارد. با اندازه‌گيري خواص مكانيكي توسط آزمون‌هاي ماكروسختي و خمش سه نقطه‌اي مشخص شد كه آلياژ ريخته‌گري شده در قالب آلومينايي از خواص مطلوب‌تري برخوردار است.

Nickel-based superalloys are the most widely used metal materials in turbine blades and combustion chambers due to their high temperature resistance, and are usually produced in a single crystal form using the nucleation and spiral method (grain selector) using the Bridgman method. The purpose of this research is to make a single crystal turbine blade from CMSX-4 superalloy by Bridgman method for the first time in Iran. Since the materials of the ceramic mold play a key role in achieving dimensional accuracy and casting quality, two alumina and silicate ceramic molds were made based on the characteristics required in the precision casting method. Then the required elements were poured into a ceramic mold and placed in the Bridgman melting furnace. In order to check the phase structure of both molds after baking in the furnace and after casting the superalloy in it, X-ray diffraction test was used. The microstructure of cast alloys in two ceramic molds was investigated by scanning electron microscope. The results showed that the microstructure includes three phases of the gamma background, the strengthening phase of the gamma prime, and the carbide phase. In order to check the deviation of the single crystal made from the growth direction (100), X-ray diffraction and Lave method were used and the deviation was reported to be 8 degrees. The uniformity of the chemical composition of the cast alloy was investigated by energy dispersive analysis (EDS) and it was found that the elements in the alloy cast in alumina mold were uniformly distributed and no separation of elements was observed. Also, to check the quality of the inner surface of ceramic molds, a roughness test was used and it was determined that the alumina mold has a better and more homogeneous surface than the silicate mold. By measuring the mechanical properties by macrohardness and three-point bending tests, it was determined that the alloy cast in an alumina mold has more favorable properties.

محمدرضا طرقي نژاد , علي شفيعي

بهزاد نيرومند , احمد رضائيان