عنوان پایان‌نامه
ساختار میکروسکوپی پره های
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 37936;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 683
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۶
- دانشجو
- علی اصغر فولادی مقدم
- استاد راهنما
- حسن فرهنگی
- چکیده
- چکیده در این پژوهش علل شکست زودهنگام پره‌های متحرک ردیف دوم توربین گازی واحد 20 هیتاچی جدید نیروگاه شهر ری از جنبه‌های متالورژیکی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. شکست زودهنگام در ناحیه کاجی شکل ریشه پره ردیف دوم توربین گازی نیروگاه رخ داده که باعث شکست چندین پره دیگر از قسمت ایرفویل شده است. در حین بررسی توربین باز یک مورد آسیب در ریشه یک پره توربین مشاهده شد و پره مورد نظر جهت بررسی از واحد خارج گردید. همچنین بر اساس گزارش‌های موجود، قسمت ریشه یک پره توربین مربوط به شکست از ناحیه کاجی شکل ریشه از واحد 18 خارج شد و تحت بررسی‌های دقیق قرارگرفت. از آنجاییکه آسیب پره‌های توربین علاوه بر هزینه‌های بالای تعمیر و تعویض قسمت‌های آسیب دیده، باعث صدمات جانی و کاهش راندمان نیروگاه می‌شود، بررسی آسیب پره‌های توربین ضروری به نظر می‌رسد. پروژه حاضر بر روی شکست یک پره توربین ردیف دوم از جنس سوپرآلیاژپایه نیکل و ریختگی Udimet500 از ناحیه ریشه و یک پره آسیب دیده متمرکز شده است. به منظور تعیین علل شکست بررسی‌های مختلفی از جمله: آنالیز شیمیایی، سختی سنجی، آزمایش کشش، زبری سنجی، متالوگرافی به کمک میکروسکوپ نوری و الکترونی و بررسی‌های شکست‌نگاری قرار گرفت. بررسی¬های متالوگرافی توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی اثری از زوال ساختار میکروسکوپی به صورت تشکیل لایه پیوسته کاربید مرز دانه¬ای، درشت شدن و تغییر مورفولوژی رسوبات نشان نداد. نتایج آزمون¬های کشش و سختی نیز اثری از افت خواص مکانیکی آلیاژ را نشان نداد. با توجه به بررسی¬های شکست نگاری مشخص شد که محل جوانه¬زنی ترک، زاویه سطح شکست و دیگر مشخصات سطح شکست پره¬های مورد بررسی مشابه بوده است. بررسی¬های سطح شکست وجود دو ناحیه با ظاهر متفاوت را مشخص نمود. پس از بررسی دقیق مشخص شد که ناحیه اول دارای سطح هموار و دارای علایم شعاعی بوده که از علایم سطح شکست خستگی می¬باشند. در بررسی دقیق مشخص شد که سطح شکست در مراحل اولیه اشاعه ترک دارای مشخصات کریستالوگرافیک و در قسمت‌های میانی دارای خطوط مواج است. بررسی¬های ناحیه دوم علایم شکست بین دندریتی که از مشخصه¬های شکست تحت اضافه بار ناگهانی است را نشان داد. در بررسی میکروسکوپی سطح شکست مشاهده شد که محل جوانه¬زنی ترک در سطح تماس ناحیه کاجی شکل ریشه پره و دیسک توربین (Edge of Contact) قرار داشت.¬ نتایج بررسی¬ها وجود زبری سطح و آثار سایش شدید و تخریب سطح را در لبه تماس نشان داد. بررسی و آنالیز شیمیایی نوارهای سایشی در لبه تماس مشخص نمود که مقدار قابل ملاحظه¬ای آهن و اکسیژن در سطح تماس وجود دارد. بنابراین سایش در لبه تماس بین پره و دیسک توربین باعث جدا شدن آهن از دیسک فولادی توربین و چسبیدن آن به سطح پره شده است. همچنین سایش باعث حذف لایه اکسید سطحی در لبه تماس ناحیه کاجی شکل ریشه شده و سطح اکسید نشده ماده را در تماس با اتمسفر محیط قرار می‌دهد. تکرار این فرآیند باعث کاهش ابعاد ناحیه کاجی شکل ریشه می‌گردد. همچنین مشاهده شد که ترک¬های کوچک متعددی در لبه تماس و محل جوانه¬زنی ترک وجود داشته که رشد محدودی به داخل قطعه داشته¬اند. ذرات ساییده شده در لبه تماس و داخل دهانه ترک وجود داشت. بر اساس نتایج به¬دست آمده مکانیزم خستگی سایشی به عنوان مکانیزم حاکم بر تخریب پره‌های توربین شناخته شد. خستگی سایشی در سطوح تماس قطعاتی که تحت تنش تناوبی هستند فعال شده و با تخریب سطح و ایجاد محل‌های مناسب برای جوانه‌زنی ترک باعث کاهش شدید عمر قطعه می‌گردد.
- Abstract
- Abstract This investigation deals with a sudden fracture of the Udimet 500 nickel base superalloy second stage gas turbine blades in a thermal power plant from metallurgical and mechanical aspects. This fracture happened at the dovetail root of the blades and caused extensive damage to the unit. Different techniques including chemical analysis, hardness measurement, tensile test, roughness test, metallography, macroscopic and microscopic fractography with stereo and scanning electron microscope, fracture mechanics calculations were conducted to find the cause of failure. Metallographic observation did not reveal any sign of microstructure alterations in the form of continuous grain boundary carbide film, coarsening or any morphology change of gamma prime particles. Tensile and hardness tests did not show any degradation of mechanical properties. Fractographic investigations revealed that crack nucleation site, angle and other characteristics of fracture surface were similar for all blades. Fracture surface consisted of two distinct regions, in which the first had a smooth and shiny appearance with beach marks that is the characteristics of fatigue fracture process. Detailed investigations revealed that the fracture surface exhibited crystallographic characteristics as well as fine striations. Interdendiritic fracture characteristics of sudden overload was observed upon termination of fatigue crack growth region. Microscopic investigation of fracture surface showed that crack nucleation region was on the edge of the contact (EOC) surface of dovetail joint of the blade/disk attachment. Further investigations of EOC shown surface roughness and effects of wear and degradation. High amount of Iron and Oxygen were detected on the EOC due to blade/disk wear, this process caused removal of Iron from steel turbine disk which stuck to the blade EOC. The Wear process caused removal of surface oxide layer on EOC and put the clean surfaces of blade in the oxidation condition of turbine atmosphere. Repetition of this process decreases the dimensions of dovetail root. Small cracks with shallow growth were observed on the EOC and nucleation site, and derbies were detected in the crack mouth and on the EOC. Fretting fatigue was found to be the main failure mechanism of the fractured turbine blades under investigation.
