ارزیابی ریزساختاری و مکانیزم های آسیب پره متحرک ردیف اول توربین GE MS9011 پس از کارکرد طولانی مدت در شرایط کارکرد توربین

سوپرآلیاژهای پایه نیکل رسوب سخت شونده به دلیل خواص مکانیکی دمای بالا منحصربفردشان، دارای قابلیت کارکرد در شرایط دما- فشار بالا در محیط های خورنده هستند. یکی از کاربردهای این آلیاژها استفاده در بخش داغ توربین های گازی است که می توانند به عنوان پره های متحرک و ثابت مورداستفاده قرار گیرند. به دلیل زمان بالای کارکرد این قطعات در دمای نسبتا بالا (800 الی 950 درجه سانتی گراد)، خواص این آلیاژها پس از مدتی تغییر کرده و همچنین احتمال ایجاد آسیب های مختلفی از قبیل اکسیداسیون، تغییر شکل های شدید موضعی، خزش و خستگی در آن ها وجود دارد. این تغییرات و آسیب های بیان شده روی قابلیت اطمینان کارکرد این قطعات حساس و همچنین عملکرد آنها به شدت تاثیر می گذارند.

در این تحقیق به بررسی مکانیزم های آسیب و خواص ریزساختاری سوپرآلیاژ GTD-111 به عنوان یک سوپرآلیاژ پایه نیکل رسوب سخت شونده، پرداخته می شود. لذا در این تحقیق از ایرفویل پره 75000 ساعت کارکرده به عنوان منطقه تحت حرارت بالا و از ریشه به عنوان ریزساختار شاهد استفاده شده است. مشخصه یابی آلیاژ کارکرده به کمک میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، آنالیز طیف نگار تفکیک انرژی پرتو ایکس انجام شد. به منظور بررسی های آسیب های ناشی از کارکرد، پره مورد نظر توسط آزمون های غیر مخرب پرتو ایکس و آزمون مایع نافذ فلورسنتی مورد بررسی قرار گرفته شد.

طبق تحلیل المان محدود، بخش ایرفویل پره دمای بالایی را تجربه می کند که در محدود 800-925 درجه سانتی گراد است. براساس نتایج بدست آمده از آزمون های غیر مخرب، سطح پره فقط دارای عیوبی از قبیل کندگی پوشش سد حرارتی، تغییر فرم های پلاستیک موضعی در نوک پره است. براساس بررسی های ریزساخاری، تغییرات شدیدی ریزساختاری ازقبیل درشت شدن و تغییر مورفولوژی از مکعبی  به کروی فازهای رسوب سخت اولیه γ′، انحلال فازهای رسوب سخت ثانویه γ′ که در زمینه γ قرار داشتند، تجزیه فازهای کاربیدی MC به فازهای M23C6، پیوستگی فازهای کاربیدی M23C6 در مرزدانه و ایجاد فازهای TCP در مناطق بین دندریتی ناشی از کارکرد طولانی مدت، دیده شده است. براساس نتایج بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، نابجایی هایی در زمینه γ و فصل مشترک γ-γ′ مشاهده شده است. قابل ذکر است به دلیل پایین بودن سطح تنش، مقدار نابجایی های موجود در فاز γ′ که میتواند به صورت SFE و APB باشد، محدود است.

نتایج ریزساختاری حاکی از وجود زوال ساختاری شدید پس از 75000 ساعت کارکرد توربین است. زوال ساختاری اصلی که میتواند منجر به کاهش شدید خواص مکانیکی در دمای بالا و به تبع آن کاهش شدید قابلیت اطمینان شود عبارتند از تغییر اندازه و مورفولوژی فازهای رسوب سخت γ′ و پیوستگی فازهای کاربیدی ترد در مرزدانه های آلیاژ GTD-111. اکسیداسیون در مرزدانه و ایجاد ترک در سوراخ هوا خنک پره در ارتفاع 50 درصد ایرفویل نیز به عنوان دیگر مکانیزم آسیب تعیین شده است.