آلیاژهای بکار رفته در پره های توربین

موضوع : آلیاژهای بکار رفته در پره های توربین

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده ی چاپ می باشد

آلياژهاي بكار رفته در پره هاي توربين
آلياژهاي بكار رفته در توربين گازي معمولاً از جنس سوپرآلياژهاي پايه نيكل (پره هاي متحرك) و پايه كبالت (پره هاي ثابت) مي باشد. روشهاي عمده توليد پره ها معمولاً ريخته گري و فورج مي باشند نحوه ساخت پره هاي سوپرآلياژها در سال 1940 شروع شد. و از آن به بعد پيشرفتهاي قابل توجه در نحوه ساخت و افزايش استحكام صورت گرفت كه ذوب در خلاء بصورت القايي (VIM) بصورت تجاري از سال 1950 و بعد از آن آلياژهاي پلي كريستالي از سال 1970 شروع به توليد شد.
از دهه 60، آلياژهاي پلي كريستال داراي نظم دانه اي خاصي شده بطوريكه انجماد جهت دار پره هاي توربين در سال 1980 پره هاي تك كريستالي وارد مرحله اي جديد از توليد شدند.
خلاصه از مشخصات سوپرآلياژهاي پايه نيكلي
سوپرآلياژها، موادي هستند كه در حرارتهاي بالا (85% دماي ذوب آلياژ) داراي استحكام مكانيكي بالا و مقاوم در برابر از بين رفتن سطح (مثلاً خوراكي) مي باشند. سوپرآلياژهاي پايه نيكلي از مهمترين و پركاربردترين آلياژها در مقايسه با سوپرآلياژ پايه كبالت و يا پايه آهن بشمار مي روند وجود نيكل بعنوان فلز پايه مي تواند باعث استحكام پذيري اين آلياژ با روشهاي معمول (رسوب سختي) شود. با آلياژ نمودن با كروم و آلومينيوم مي توان پايداري سطح آلياژ بدست آمده را جهت كاربردهاي مختلف مهيا نمود.
تركيبات شيميايي سوپرآلياژهاي پايه نيكلي
تركيبات شيميايي بسياري از سوپرآلياژهاي پايه نيكل كه با بيش از 12 عنصر مي‌باشند يكي از پيچيده ترين آلياژها بشمار مي روند. در عمليات ذوب ريزي عناصر مضري مثل سيلسيوم، فتقر، گوگرد، اكسيژن و نيتروژن كنترل و عناصر ناچيز مثل سلنيوم، بيموت و سرب در حد PPm (خصوصاً براي ساخت قطعات با شرايط بحراني) نگهداشته مي‌شوند. كه در اين جا فقط به تركيبات شيميايي سوپرآلياژ IN-738 مي پردازيم.
وجود عناصري همچون موليبدن، نيوبيم و تنگستن علاوه بر افزايش استحكام، باعث ايجاد و تشكيل كاربيدهاي مفيد مي گردند. و از طرفي عناصر كرم و آلومينيوم باعث پايداري سطح مي شوند و با ايجاد لايه اكسيدي محافظ  ،   مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي را افزايش مي دهند.
ميكروساختارهاي سوپرآلياژهاي پايه نيكل:
فازهاي عمده اي در آلياژهاي پايه نيكل وجود دارد كه عبارتند از:
فاز زمينه  : اين فاز بصورت پيوسته و غير مغناطيسي مي باشد اين فاز در برگيرنده درصد بالايي از عناصر كبالت، آهن، كرم، موليبدن و تنگستن مي باشد. نيكل خالص معمولاً داراي خواص خزشي ضعيفي است در حاليكه سوپرآلياژهاي نيكل با داشتن فاز   داراي استحكام بالا در درجه حرارتهاي زياد مي باشد.
فاز  : وقتي مقدار كافي آلومينيوم و تيتانيوم به آلياژ اضافه شود رسوبات  با تركيب Ti و   با شبكه f:c.c در زمينه   ايجاد مي شود در فاز   ممكن است عناصري مثل Nb، Ta و Cr بطور محسوس وجود داشته باشند.
فاز   داراي تركيب بين فلزي (Intermetalic compound) با شبكه f.c.c با شرايط (Super laftic) شبيه ساختار   بوده كه داراي نظم پر دامنه مي باشد، اين فاز تا دماي ذوب خودش يعني   پايداري خود را حفظ مي كند،   بدليل هم ساختار بودن با فاز زمينه   (f.c.c) يك سازگاري (Coherent) مناسبي را بوجود مي آورد.
عناصري هم چون Ta، Nb، Ti سخت كننده هاي محلول جامد (Solid-solution hardeners) در دماي محيط بشمار مي روند. W و Mo هم در دماي محيط و هم در دماي بالا باعث افزايش استحكام مي شوند، در حاليكه Co بصورت محلول جامد باعث افزايش استحكام   نمي شود.
فاز  : تركيب فاز بصورت   با ساختار شبكه اي bct است كه بيشتر در آلياژ Ni-fe بوجود مي آيند (مثل سوپرآلياژهاي IN-718, IN-706 اين فاز در دماي پائين و مياني داراي استحكام خوبي است ولي در دماي بالا ( ) ناپايدار مي باشد. بر خلاف فاز  ، فاز   بعلت نا هم خواني و بي نظمي باعث ايجاد تنش برشي مي كند. اين فاز همراه با  ممكن است در زمينه    رسوب كند.

فهرست مطالب

خلاصه از مشخصات سوپرآلياژهاي پايه نيكلي    1

تركيبات شيميايي سوپرآلياژهاي پايه نيكلي    2

ميكروساختارهاي سوپرآلياژهاي پايه نيكل:    3

بررسي مرز دانه ها:    4

كاربيدها:    5

واكنشهاي كاربيد:    8

عمليات حرارتي سوپرآلياژهاي پايه نيكل:    9

تأثير عناصر آلياژي بر پايداري سطحي سوپرآلياژهاي پايه نيكل:    11

تأثير عناصر آلياژ بر خوردگي داغ و اكسيداسيون:    11

ارزيابي جوش پذيري آلياژهاي جنس In738Lc و Rene 80    14

مواد و روش هاي آزمايشي    15

نتايج آزمايش    16

نتيجه گيري    19