عنوان پایان‌نامه
تاثیر شرایط عملیات حرارتی حل سازی بر ریز ساختار و خواص جوش TIC سوپر آلیاژFsx-۴۱۴کار کرده در سرایط سرویس
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1012;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57811
- تاریخ دفاع
- ۱۱ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- آرمان قهرمانی
- استاد راهنما
- حسن فرهنگی
- چکیده
- تعمیر و بازسازی نازل های ثابت ردیف اول توربین گازی مدل GE F5001، ساخته شده از سوپرآلیاژ پایه کبالت FSX-414، به عنوان راهکاری مناسب در مقایسه با استفاده از نازل های نو، از اهمیت زیادی در صنعت نیروگاهی کشور برخوردار است. شرایط دما بالا و ساعات طولانی بهره برداری، سبب ایجاد تغییرات ریزساختاری در این سوپرآلیاژ، منجمله تشکیل فاز های TCP و رسوب کاربید های ثانویه در مرزدانه ها و زمینه آستنیتی می شود که نهایتا به تشدید تخریب و کاهش کارایی نازل ها می انجامد. انجام عملیات حرارتی حل سازی قبل از انجام جوشکاری تعمیری، بمنظور انحلال کاربید ها و فاز های مذکور و بازیابی جوش پذیری و جلوگیری از ترک خوردگی فلز پایه ضروری است. در پژوهش حاضر، تاثیر متغیر های زمان و دمای عملیات حرارتی حل سازی بر ریز ساختار و خواص جوش این سوپرآلیاژ مورد بررسی قرار گرفته است. پروفیل تغییرات ریزساختاری، ناشی از پروفیل دمای کاری قسمت های مختلف نازل با استفاده از بررسی های متالوگرافی و میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین شده است که نتایج حاصله عدم کارکرد طولانی مدت نازل ها را پس از آخرین تعمیرات نشان داد. بررسی های پراش پرتو X و طیف نگاری تفکیک انرژی، رسوب کاربید های ثانویه غنی از کروم M23C6 را در مواضع درون دانه ای و مرزدانه ای، و نیز تجزیه کاربید های غنی از تنگستن M6C را به عنوان استحاله های فازی محتمل در طی شرایط سرویس تصدیق کردند. تاثیر متغیر های زمان و دما در محدوده دمای پیر سازی، بر ریزساختار و سختی نمونه ها بررسی شده و دمای C°980 به عنوان بیشترین دمای پیرسازی تعیین شد. سپس نازل ها در دمای C°980 و زمان 200 ساعت پیر سازی شدند. کسر سطحی کاربید ها به 15% و سختی نمونه ها به 350 ویکرز افزایش یافت. تاثیر متغیر های زمان و دما بر میزان کاهش کسر سطحی کاربید های ثانویه در محدوده حل سازی بررسی و دمای C°1250 به عنوان بیشترین دمای مجاز حل سازی تعیین شد. انحلال کامل کاربید های مرزدانه ای و کاربید های ثانویه در دمای C°1250 و زمان حل سازی 4 ساعت ممکن شد. عدم وجود ترک و نفوذ کامل در ریشه جوش به عنوان معیار های اولیه پذیرش جوش TIG در نمونه های لب به لب و شیار دار انتخاب شده و با استفاده از بازرسی های چشمی و آزمون غیر مخرب مایع نافذ، شدت جریان جوشکاری 75 آمپر به عنوان شدت جریان بهینه اولیه، جهت انجام جوشکاری ها انتخاب شد. بررسی مقطع عرضی اتصال، عدم تشکیل HAZ و در مقابل تشکیل ناحیه ذوب موضعی با پهنای تقریبا ثابت 250 میکرومتر را نشان داد. عدم انحلال کاربید های مرزدانه ای پس از حل سازی، سبب تشکیل شبکه به هم پیوسته ای از مرزدانه های مذاب در ناحیه ذوب موضعی شد که مسیری مناسب برای ایجاد و گسترش ترک های ناشی از اعوجاج است. نهایتا دمای C°1250 و زمان 4 ساعت به عنوان شرایط بهینه حل سازی تعیین شد. آزمون شوک حرارتی در دمای C°1000 و زمان 1 ساعت به منظور اطمینان از توانایی اتصال در تحمل گرادیان های دمایی شدید ناشی از شرایط سرویس، انجام شد. افزایش رسوب کاربید های ثانویه، سبب افزایش سختی فلز جوش شد. عدم مشاهده ترک در فلز جوش و فلز پایه، بهینه بودن متغیر های عملیات حل سازی و جوشکاری را نشان داد.
- Abstract
- Repairing first stage stationary nozzles of GE F5001 gas turbine which are made of FSX-414 cobalt base superalloy, has high importance in powerplant industry due to its advantages against using new nozzles. High temperature conditions and long service periods cause microstructural changes like precipitation of secondary carbides in grain boundaries and austenitic matrix and also precipitation of TCP phases which finally intensifie the failure of nozzles. Solutionizing heat treatment is necessary for dissolving the mentioned phases before welding proccess. In this study the effect of time and temperature of solutionizing heat treatment on microstructure and properties of service exposed TIG welds was investigated. Temperature and tension profile during service conditions causes the specific microstructural profile of nozzles which specified by using SEM and metallographic studies. XRD and EDS studies proved that the decomposition of M6C carbides and precipitation of M23C6 chromium rich carbides are the main phase transformations during service conditions. Effects of time and temperature of aging heat treatment on microstructure and hardness of samples were investigated. It is found that the temperature of 980 °C is the maximum possible temperature of aging heat treatment. Then all nozzles have aged at 980 °C for 200 hours. The surface fraction of carbides increased up to 15% and also the micro hardness of austenitic matrix increased up to 350 Vickers. Effects of solutionizing heat treatment parameters on microstructure of aged samples, was also been studied and the maximum temperature of solutionizing heat treatment was been determined as 1250 °C. It was found that the complete solution of grain boundary carbides occur at 1250 °C after 4 hours. Full penetration in weld root and lack of cracks choosed as the primary criterions of acceptance for weldings on butt and grooved joint welds. Visual test and Penetration test inspections specify the optimized welding current at 75 amperes. Micro hardness profile at cross-section of welds showed the absence of HAZ region but presence of PMZ with the nominal width of 250 micrometers instead. Presence of carbides at grain boundaries after solutionizing formed a continuous network of melted grain boundaries at PMZ which is a proper path for propagation of cracks caused by distortions. Finally, aging the samples at 1250°C for 4 hour, was identified as the optimized procedure. Thermal shock test was carried out at 1000°C and 1 hour dwelling time in order to ensure that all welds are capable of tolerating the real severe service conditions. It was found that with increasing the surface fraction of carbides, the hardness of filler metal increases. Lack of cracks in filler and base metal proved that the proposed welding and solutionizing heat treatment parameters are all optimized.
