تأثیر نیتروژن بر رسوب فازهای ثانویه و خواص مکانیکی سوپر آلیاژ اینکونل 718 جوشکاری شده به روش قوسی تنگستن گاز

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

دوره 15، شماره 1 - شماره پیاپی 56، اردیبهشت 1400، صفحه 25-35   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/apme.2021.681621

نویسندگان

بهروز نبوی¹؛ مسعود گودرزی^{* 2}؛ عبدالخالق خان³؛ احسان احمدی⁴

¹دانشجوی دکتری، دانشکده متالورژی و مهندسی مواد ، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

²دانشیار، دانشکده متالورژی و مهندسی مواد ، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

³سرپرست انجمن مواد منیتوبا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه منیتوبا، وینیپگ، کانادا

⁴دانشکده متالورژی و مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران ، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر، اثر عنصر بین­نشین نیتروژن بر رسوب فازهای ثانویه و استحکام کششی آلیاژ اینکونل 718 جوشکاری شده به روش قوسی تنگستن گاز مورد بررسی قرار گرفت. جوشکاری با متغیر ترکیب گاز محافظ Ar + (0-5)%N₂ انجام شد. ریزساختار توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ­های الکترونی روبشی و عبوری مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج آشکار ساخت که با افزایش نیتروژن، کسر حجمی فازهای غنی از نایوبیم شامل لاوه و کاربید به علت تشدید میکرو جدایش Nb در نواحی بین­دندریتی افزایش پیدا می­کند. این رویداد به نوبه خود بر اندازه فاز γ" درون فاز γ نیز اثر منفی دارد. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد که نمونه­ جوشکاری شده با یک درصد نیتروژن در مقایسه با سایر نمونه­ها از بیشترین استحکام تسلیم و کشش نهایی برخوردار است. درحالی‌که افزایش بیشتر نیتروژن به علت افزایش مقدار فاز لاوه و کاهش اندازه γ" موجب کاهش مقادیر استحکام می­گردد.

کلیدواژه‌ها

نیتروژن؛ اینکونل 718؛ فاز ثانویه؛ استحکام کششی

مراجع

[1]    X. Huang, M. C. Chaturvedi & N. L. R. Chards, "Effect of Homogenization Heat Treatment on the Microstructure and Heat-Affected Zone Microfissuring in Welded Cast Alloy 718", vol. 27, 1996.

 

[2]      ع. خرم، ا. داودی جمالویی و ع جعفری، "بررسی اثر همگن‌سازی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرا بین اینکونل 718 و اینکونل 600"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 11، شماره 3، صفحه 59-49، 1396.

 

[3]    S. G. K. Manikandan, D. Sivakumar, K. P. Rao & M. Kamaraj, "Laves phase in alloy 718 fusion zone — microscopic and calorimetric studies", Mater. Charact, vol. 100, pp. 192–206, 2015.

 

[4]    A. Niang, J. Huez, J. Lacaze, B. Viguier, Characterizing Precipitation Defects in Nickel Based 718 Alloy, Mater. Sci. Forum. 636–637, 517–522, 2010.

 

[5]      ع. مرتضایی و م. شمعانیان، "اثر عملیات حرارتی پیرسازی بر ریزساختار، خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی سوپر آلیاژ پایه نیکل اینکونل 718"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 4، صفحه 231-205، 1394.

 

[6]    J. K. Hong, N. K. Park, S. J. Kim & C. Y. Kang, "Microstructures of Oxidized Primary Carbides on Superalloy Inconel 718", Mater. Sci. Forum, vol. 502, pp. 249–256, 2009.

 

[7]    J. J. Ruan, N. Ueshima & K. Oikawa, "Phase transformations and grain growth behaviors in superalloy 718", J. Alloys Compd, vol. 737, pp. 83–91, 2018.

 

[8]    Y. Zhang, Z. Li, P. Nie & Y. Wu, "Carbide and nitride precipitation during laser cladding of Inconel 718 alloy coatings", Opt. Laser Technol, vol. 52, pp. 30–36, 2013.

 

[9]    Y. Zhang, X. Cao & P. Wanjara, "Tensile properties of laser additive manufactured Inconel 718 using filler wire", J. Mater. Res, vol. 29, pp. 2006–2020, 2014.

 

[10]  J. N. DuPont, J. C. Lippold & S. D. Kiser, "Welding metallurgy and weldability of Nickel-base alloys", 2009.

 

[11]  E. R. Cutler, A. J. Wasson & G. E. Ã. Fuchs, "Effect of minor alloying additions on the solidification of single-crystal Ni-base superalloys", J. Cryst. Growth, vol. 311, pp. 3753–3760, 2009.

 

[12]  L. A. Jackman, M. D. Boldy & A. L. Coffey, "The influence of reduced carbon on Inconel 718", Miner. Met. Mater. Soc, pp. 261–270, 1991.

 

[13]  T. Alam, P. J. Felfer, M. Chaturvedi, L. T. Stephenson, M. R. Kilburn & J. M. Cairney, "Segregation of B , P , and C in the Ni-Based Superalloy, Inconel 718", Metall. Mater. Trans. A, vol. 43, pp. 2183–2191, 2012.

[14]  H. Herold, M. Zinke & A. Hübner, "Investigations on the use of nitrogen shielding gas in welding and its influence on the hot crack behaviour of high-temperature resistant fully austenitic Ni- and Fe-base alloys", Weld. World, vol. 49, pp. 50–63, 2005.

 

[15]  B. Nabavi, M. Goodarzi & V. Amani, "Nitrogen effect on the microstructure and mechanical properties of nickel alloys", Weld. J, vol. 94, pp. 53-60, 2015.

 

[16]  E. R. Cutler, A. J. Wasson & G. E. Fuchs, "Effect of minor alloying additions on the carbide morphology in a single crystal Ni-base superalloy", Scr. Mater, vol.  58, pp. 146–149, 2008.

 

[17]  R. Jiang, B. Chen, X. Hao, Y. Ma, S. Li & K. Liu, "Micro-segregation and Precipitation of Alloy 690 during Isothermal Solidification : the Role of Nitrogen Content", J. Mater. Sci. Technol, vol. 28, pp. 446–452, 2012.

 

[18]  X. L. Guo, J. B. Yu, X. F. Li, Y. Hou & Z. M. Ren, "Effect of nitrogen content on the microstructure and mechanical properties of a cast nickel- base superalloy", Ironmak. Steelmak, pp. 1–9, 2016.

 

[19]  "ASTM Standard E8/8M", Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2004.

 

[20]  "ASTM Standard E112", Standard Test Methods for Determining Average Grain Size., ASTM International, West Conshohocken, PA, 2004.

 

[21]  D. D. Nage, V. S. Raja & R. Raman, "Effect of nitrogen addition on the microstructure and mechanical behavior of 317L and 904L austenitic stainless steel welds", J. Mater. Sci, vol. 1, pp. 2097–2112, 2006.

 

[22]  S. Kou, "Welding metallurgy", John Wiley & Sons, 2002.

 

[23]  A. B. Murphy, M. Tanaka, S. Tashiro, S. Sato, & J. J. Lowke, "A computational investigation of the effectiveness of different shielding gas, " J. Phys. D. Appl. Phys, vol. 42, no.115205, pp. 14, 2009.

 

 

[24]  A. J. Ramirez & J. C. Lippold, "High temperature behavior of Ni-base weld metal Part I. Ductility and microstructural characterization", Mater. Sci. Eng. A, vol. 380, pp. 259–271, 2004.

[25]  S. L. Cockcroft, T. Degawa, A. Mitchell, D. W. Tripp & A. Schmalz, "Inclusion Precipitation in Superalloys", Miner. Met. Mater. Soc, pp. 577–586, 1992.

 

[26]  G. D. J. Ram, A. V. Reddy, K. P. Rao, & G. M. Reddy, "Control of Laves phase in Inconel 718 GTA welds with current pulsing", Sci. Technol. Weld. Join, vol. 9, pp. 390-398, 2004.

 

[27]  L. Iorio, M. Cortie & J. Jones, "Technical note: solubility of nitrogen in experimental low nickel austenitic stainless steels", J. South African Institude Min. Metall, pp. 173–177, 1994.

 

[28]  S. Kibey, J. B. Liu, M. J. Curtis, D. D. Johnson & H. Sehitoglu, "Effect of nitrogen on generalized stacking fault energy and stacking fault widths in high nitrogen steels", Acta Mater, vol. 54, pp. 2991–3001, 2006.

 

[29]  N. Saenarjhan, J. Kang & S. Kim, "Effects of carbon and nitrogen on austenite stability and tensile deformation behavior of 15Cr-15Mn-4Ni based austenitic stainless steels", Mater. Sci. Eng. A, 2018.

 

[30]  V.G. Gavriljuk, B.D. Shanina, H. Berns, On the correlation between electron structure and short range atomic order in iron-based alloys, Acta Mater. 48, 3879–3893, 2000.

 

[31]  L. Mosecker & A. Saeed-Akbari, "Nitrogen in chromium-manganese stainless steels: A review on the evaluation of stacking fault energy by computational thermodynamics", Sci. Technol. Adv. Mater, pp. 142013, 2013.

 

[32]  G. D. J. Ram, A. V. Reddy, K. P. Rao & G. M. Reddy, "Control of Laves phase in Inconel 718 GTA welds with current pulsing", Sci. Technol. Weld. Join, vol. 9, pp. 390–398, 2004.