بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال اینکونل 738 به روش لحیم‌کاری درز پهن با استفاده از اینکونل 7

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 امیرکبیر-معدن و متالورژی

3 صنعتی امیرکبیر*مهندسی معدن ومتالورژی

4 شریف-مهندسی و علم مواد

چکیده

در این تحقیق، اتصال اینکونل 738 به روش لحیم‌کاری درز پهن با استفاده از اینکونل 718 به عنوان پودر با دمای ذوب بالا و پودر لحیم‌کاری با دمای ذوب پایین دارای بور و سیلیسیم در مقادیر 30 ،40 و 50 درصد مورد بررسی قرار گرفت. استفاده از اینکونل 718 به دلیل دمای ذوب بالاتر از فلز پایه امکان افزایش دمای لحیم‌کاری را فراهم کرد که باعث کاهش قابل توجه مقدار تخلخل شد. کاهش مقدار پودر با دمای ذوب پایین، مقدار فاز یوتکتیک در منطقه اتصال را به مقدار قابل توجهی کاهش داد. پهنای منطقه اتصال با افزایش مقدار پودر با دمای ذوب پایین افزایش یافت. دو منطقه در مرز بین فلز پایه و اتصال دیده شد. در مجاور منطقه اتصال، بور از طریق مرزدانه به فلز پایه نفوذ کرد و باعث ذوب مرزدانه شد. مرزدانه به صورت هم‌دما منجمد شد و دو منطقه انجماد هم‌دما و منطقه جامد نفوذی در مرز اتصال مشاهده شد. با فاصله گرفتن از مرز اتصال، مقدار بور که تنها از طریق نفوذ حالت جامد در مرزدانه‌های فلز پایه ممکن است نفوذ کند، کاهش یافت. عملیات حرارتی پیرسختی تأثیر زیادی بر توزیع فازها نداشت، اما مورفولوژی فازها تا حدی تغییر کرد. با عملیات حرارتی سختی اتصال تغییر زیادی نداشت و تا حدی سختی مناطق مختلف به هم نزدیک شد. استحکام برشی با افزایش درصد پودر با دمای ذوب پایین به دلیل افزایش مقدار فاز ترد یوتکتیکی کاهش یافت. فاز ترد یوتکتیکی با ساختار کشیده مکان مناسبی برای رشد ترک ایجاد می‌کند و استحکام شکست را بهشدت کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Microstructure and Mechanical Properties of Inconel 738LC Joint by Wide Gap Brazing Using Inconel 718

نویسندگان [English]

  • Hossein Alinaghian 1
  • Seyed Pirouz Hoveida Marashi 2
  • Ali Farzadi 3
  • Majid Pouranvari 4
1 Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Hafez Ave., Tehran, Iran
2 امیرکبیر-معدن و متالورژی
3 Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
4 شریف-مهندسی و علم مواد
چکیده [English]

In this research, Inconel 738LC as the base metal was joined by wide gap brazing using the mixture of Inconel 718 as high-temperature particle and BNi-2 as low-temperature particle. By using Inconel 718, the brazing temperature can be increased and porosity reduced significantly due to higher melting point temperature than the base metal. The effect of mixture ratio on the microstructure and the mechanical properties was studied. The amount of the low-temperature particle in the mixture was 30, 40, and 50 percent. By decreasing the low-temperature particle ratio, the amount of eutectic phase and the blocky boride in the solid diffusion zone decreased markedly. The joint width increased by increasing the amount of low-temperature particles. There were two distinct regions in the joint/base interface. Due to the diffusion of boron into the base, adjacent to the joint, the grain boundary melted and created a region including both the isothermal solidification zone and solid diffusion zone. By getting away from the joint, the content of boron reduced by the grain-boundary diffusion. It was observed that aging did not have a significant effect on the amount and distribution of eutectic phases and blocky borides, however, the morphology of these phases changed slightly. Moreover, aging had a small effect on hardness making the hardness of different phases more uniform.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microstructure
  • heat treatment
  • diffusion brazing
  • Ni-base superalloy
  • Wide clearance brazing
[1]X.W. Wu, R.S. Chandel, H.P. Seow, H. Li, Wide gap brazing of stainless steel to nickel-based superalloy, Journal of Materials Processing Technology, 113(1) (2001) 215-221.
[2] L.S.K. Heikinheimo, A. Laukkanen, J. Veivo, Joint Characterisation for Repair Brazing of Superalloys, Welding in the World, 49(5) (2005) 5-12.
[3] Y.H. Kim, S.I. Kwun, Microstructure and Mechanical Properties of the Wide-Gap Region Brazed with Various Powder Mixing Ratios of Additive to Filler Metal Powders, Solid State Phenomena, 118 (2006) 479-484.
[4] S. Schoonbaert, X. Huang, S. Yandt, P. Au, Brazing and Wide Gap Repair of X-40 Using Ni-Base Alloys, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 130(3) (2008) 032101.
[5] C.Y. Su, W.C. Lih, C.P. Chou, H.C. Tsai, Activated diffusion brazed repair for IN738 hot section components of gas turbines, Journal of Materials Processing Technology, 115(3) (2001) 326-332.
[6] C.Y. Su, W.J. Chang, M.H. Liu, C.P. Chou, Effect of mechanical properties using different filler metals on wide-clearance activated-diffusion-brazed Ni-based superalloy, Journal of Materials Engineering and Performance, 9(6) (2000) 663-668.
[7] T. Henhoeffer, X. Huang, S. Yandt, D.Y. Seo, P. Au, Microstructure and high temperature tensile properties of narrow gap braze joint between X-40 and IN738, Materials Science and Technology, 25(7) (2009) 840850.
[8] Y.H. Yu, M.O. Lai, Effects of gap filler and brazing temperature on fracture and fatigue of wide-gap brazed joints, Journal of Materials Science, 30(8) (1995) 21012107.
[9] Y. Ye, J. Wei, G. Zou, W. Long, H. Bai, A. Wu, L. Liu, Microstructure of diffusion-brazing repaired IN738LC superalloy with uneven surface defect gap width, Science and Technology of Welding and Joining, 22(7) (2017) 617-626.
[10]L.O. Osoba, O.A. Ojo, Influence of Solid-State Diffusion during Equilibration on Microstructure and Fatigue Life of Superalloy Wide-Gap Brazements, Metallurgical and Materials Transactions A, 44(9) (2013) 4020-4024.
[11]C. Hawk, S. Liu, S. Kottilingam, Effect of processing parameters on the microstructure and mechanical properties of wide-gap braze repairs on nickel-superalloy René 108, Welding in the World, 61(2) (2017) 391-404.
[12]   S.D. Nelson, S. Liu, S. Kottilingam, J.C. Madeni, Spreading and solidification behavior of nickel wide-gap brazes, Welding in the World, 58(4) (2014) 593-600.
[13]   A. Lal, R.G. Iacocca, R.M. German, Microstructural evolution during the supersolidus liquid phase sintering of nickel-based prealloyed powder mixtures, Journal of Materials Science, 35(18) (2000) 4507-4518.
[14] S.F. Corbin, D.C. Murray, A. Bouthillier, Analysis of Diffusional Solidification in a Wide-Gap Brazing Powder Mixture Using Differential Scanning Calorimetry, Metallurgical and Materials Transactions A, 47(12) (2016) 6339-6352.
[15] A.V. Shulga, Boron and carbon behavior in the cast Ni-base superalloy EP962, Journal of Alloys and Compounds, 436(1) (2007) 155-160.
[16]  X. Wu, R.S. Chandel, H. Li, Evaluation of transient liquid phase bonding between nickel-based superalloys, Journal of Materials Science, 36(6) (2001) 1539-1546.
[17]   R.K. Shiue, S.K. Wu, C.M. Hung, Infrared repair brazing of 403 stainless steel with a nickel-based braze alloy, Metallurgical and Materials Transactions A, 33(6) (2002) 1765-1773.
[18]   Y. Ye, G. Zou, W. Long, H. Bai, A. Wu, L. Liu, Y. Zhou, TLP repaired IN738LC superalloy with uneven surface defect gap width after post heat treatment:Microstructure and mechanical properties, Journal of Alloys and Compounds, 748 (2018) 26-35.
[19]  M. Pouranvari, A. Ekrami, A.H. Kokabi, Transient liquid phase bonding of wrought IN718 nickel based superalloy using standard heat treatment cycles: Microstructure and mechanical properties, Materials & Design, 50 (2013) 694-701.
[20]   M. Pouranvari, diffusion brazing of a nickel based superalloy part4: effect of bonding temperature, Metalurgija-MJoM, 17(4) (2011) 165-173.
[21]   M. Khakian, microstructural evolution during the transient liquid-phase bonding of dissimilar nickel-based superalloys of in738LC and nimonic 75, Materiali in tehnologije, 50(3) (2016) 365-371.
[22]   I.S.M. SPAJANJEM, Isothermal solidification during transient liquid-phase bonding of GTD-111/Ni-Si-B/GTD-111, Materiali in tehnologije, 48(1) (2014) 113-.811
[23]   B. Jahnke, J. Demny, Microstructural investigations of a nickel-based repair coating processed by liquid phase diffusion sintering, Thin Solid Films, 110(3) (1983) 225235.
[24]   X. Chen, X. Qin, Z. Zhu, K. Gao, Microstructural evolution and wear properties of the continual local induction cladding NiCrBSi coatings, Journal of Materials Processing Technology, 262 (2018) 257-268.
[25]   H.S. Yun, J.S. Park, S.U. An, J.M. Kim, Effect of heat treatment on the microstructural characteristics of IN738 turbine blade, in:  Materials Science Forum, Trans Tech Publ, (2011), pp. 405-408.