کتاب خزش در سوپر الیاژها

فهرست مطالب
فصل 1 9
بیان موضوع و اهمیت آن 9
فصل2 11
بیان خزش 11
منحنی خزش 13
مکانیزم های تغییرشکل خزشی 16
مکانیزم های واماندگی خزشی 20
شکل پذیری خزشی 23
اثر کرنش اولیه بر رفتار خزشی 24
رفتار آسیب در محیط پیوسته 24
مدل های پیش بینی رفتار خزشی 25
مدل خزشی کاچانوف رابوتنوف 25
مدل خزشی لیو موریکامی 26
مدل‌ در نظر گیرنده تحولات مکانیزم خزش(بر مبنای مکانیک آسیب) 27
بیان خزش در ناحیه حالت پایا با در نظر گرفتن تغییرات مکانیزم خزش 28
مدل آسیب ارائه ‌شده برای ‌ ناحیه‌ سوم خزش 31
مدل خزشی در نظر گیرنده مکانیزم تغییر شکل(wu) 34
معادلات حاکم‌ بر مکانیزم های‌ تغییر شکل‌ 36
تحلیل به کمک المان محدود 40
ساخت افزایشی 43
خزش در انیکونل718 ساخته شده به روش ساخت افزایشی 44
فصل 3 51
تعیین ثوابت وصحت سنجی مدل های خزشی 51
برسی و تعیین ثوابت (Bonora-Nakhodchi) مدل خزشی برای متریال 1CroMov 51
محاسبه ثابت های B0 ، σth، σ0وm مربوط به رابطه (2-23) برای آلیاژ 1CrMoV 53
خزش واماندگی برای 1CrMoV 54
کرنش آستانه آسیب (εth) برای 1CrMoV 56
نمای آسیب (α) 57
مقایسه پیش بینی مدل خزشی (Bonora-Nakhodchi) وداده های تجربی برای 1CrMoV 58
بررسی مدل های خزشی برای متریال IN718 59
تعیین ثوابت و صحت سنجی مدل Wuبرای IN718 59
تعیین ثوابت و صحت سنجی مدل خزش لیو-موریکامی برای IN718 67
تعیین ثابت ها و صحت سنجی مدل خزش کاچانوف 70
تعیین ثابت ها و صحت سنجی مدل WUبرای IN738 72
نتیجه گیری فصل سوم 76
فصل 4 77
توسعه مدل های خزشی برای سوپر آلیاژ IN718(SLM) وآنالیز حساسیت 77
تعیین ثوابت تحولات مکانیزم خزش(Bonora-Nakhodchi) برای 78
IN718(slm) 78
مدل خزشی در نظر گیرنده مکانیزم تغییر شکل برای IN718(slm) 86
مدل لیو- موریکامی برای IN718(slm) 88
مدل خزش کاچانوف برای IN718(slm) 90
نتیجه گیری فصل 4 91
فصل 5 93
نتیجه گیری 93
بحث و بررسی 93
منابع و مآخذ 95

خزش نوعی‌ تغییر شکل بازگشت ناپذیر ‌ وابسته‌ به‌ زمان است‌ که‌ معمولاً تحت‌ شرایط‌ بارگذاری‌ کمتر از استحکام تسلیم ‌ماده رخ می دهد ،خواص خزشی برای فلزات مورد استفاده در محیط هایی با دمای بالای بسیار مهم و ضروری است. به عنوان مثال توربین های گازی و موتور هواپیماها و قطعات نسبتا زیادی از جمله قطعات محفظه احتراق توربین همه در دما بسیار بالایی کار می کنند، این قطعات ، اغلب از مواد سوپر آلیاژ پایه نیکل ساخته شده اند. سوپر آلیاژهای پایه نیکل به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسید شدن و همچنین حفظ خواص مکانیکی در دماهای بسیار بالا، عموما یکی از کاندید های عالی برای ساخت قطعات که در دماهای بالا کارمی کنند می باشند.
در میان مکانیزم های تخریب، عموما پدیده خزش موجب شکست زود هنگام می شود. لذا دوره های زمانی بازرسی در قطعات تعریف می شود. در دست داشتن مدل های پیش بینی خزشی باعث می شوند که از تعمیر و نگهداری زود هنگام اجتناب شده و بادقت بهتری مشخص گردد ، زمان تعویض قطعات در نهایت باعث کاهش هزینه های مالی می شود به همین دلیل بسیاری از صنایع مانند صنایع نیروگاهی نیازمند استفاده از مدل های پیش بینی خزش دارند[1,2].از طرفی مدل های پیشرفته خزشی عموما بر اساس مدل های اولیه دیگری بنا شده اند و برای اینکه میزان دقت مدل ها نسبت به یکدیگر را متوجه شویم بهتر است از چندین مدل استفاده شود به این علت که در بازه های تنش و دما مختلف امکان تغییر روند خزش وجود دارد.
به طور کلی قطعات توربین در معرض آسیب های خارجی و همچنین داخلی هستند ، سطوح خارجی در اثر عواملی مانند خوردگی و اکسیداسیون وتشکیل ترک آسیب و فرسایش و…. قرار دارند[3].
آسیب های داخلی شامل تغییر فاز و رشد دانه ها تشکیل فاز شکننده و تشکیل حفره مرزی در ناحیه سوم خزش ،که این عوامل باعث می شود شکست رخ دهد به همین سبب پیش بینی ناحیه سوم خزش بسیار حائز اهمیت است.خزش تغییر شکل غیر ارتجاعی یک ماده در دمای بالا است[4].
شکل دهی و ماشین کاری سوپر آلیاژ های پایه نیکل مانند انیکونل 718 بسیار دشوار است و در برخی موارد ناممکن و هزینه زیادی دارد. به همین دلیل برای تولید قطعاتی از جنس سوپر آلیاژ های نیکل با هندسه پیچیده که توان قالب سازی و انجام ریخته گری آن را نداریم مجبور به استفاده از روش های ساخت افزایشی هستیم تا بتوان تولید قطعه را عملی کرد، برای همین داشتن مدل های عددی مشخص که بر پایه مواد تولید شده به وسیله ساخت افزایشی باشند حائز اهمیت است و می توان آسیب و گسیختگی را پیش بینی کنید این امر باعث می شود با داشتن درکی درست از رفتار خزشی قطعات ساخته شده به روش ساخت افزایشی و مشخص کردن پارامتر های مرتبط با آسیب خزشی آن و پارگی یا ترک ،استفاده از این گونه متریال بیشتر شود و موجب تقویت صنعت ساخت افزایشی شود[5]

خزش نوعی‌ تغییر شکل بازگشت ناپذیر ‌ وابسته‌ به‌ زمان است‌ که‌ معمولاً تحت‌ شرایط‌ بارگذاری‌ کمتر از استحکام تسلیم ‌ماده و در دمایی بالاتر از مقدار 0.3 دمای‌ هومولوگوس رخ می‌دهد[6،7].و به‌ طور کلی‌ خزش تابعی‌ از تنش‌ ، زمان ، دما ، اندازه و شکل‌ دانه‌ و … می‌باشد. خزش می‌ تواند به عنوان یک مکانیزم اصلی تخمین عمر‌ قطعات در درجه‌ حرارت بالا در نظر گرفته شود . به‌ عنوان مثال خزش در پره های‌ توربین‌ می تواند باعث تغییر ابعاد پره شود که در ادامه کاهش‌ بازده آیرودینامیکی‌ موتور را به همراه دارد علاوه بر این‌ خزش ممکن‌ است‌ در تعامل‌ با خستگی‌ رخ دهد که‌ منجر به‌ کاهش‌ قابل‌ توجه‌ طول عمر اجزا می شود.
دمایی‌ که ‌مکانیزم تغییر شکل خزشی در مواد فعال می شود به‌ جنس‌ ماده وابسته‌ است‌، به‌ گونه‌ ای‌ که‌ ممکن است ‌یک دما برای ماده ای دمای خزش محسوب شود ولی برای ماده دیگر در آن دما مکانیزم خزش فعال نشود ‌عموما دمای فعال شدن مکانیزم خزش را به صورت تابعی از نقطه ذوب ماده بیان می نمایند.

با بالا رفتن‌ دما ممکن‌ است‌ شاهد موارد ذیل‌ باشیم‌:
1. استحکام فلزات کاهش‌ می‌ یابد
2. تحرك اتم‌ ها به‌ سرعت‌ افزایش‌ می‌ یابد
3. تحرك بیشتر نابجایی‌ ها اتفاق می‌ افتد (مکانیزم صعود)
4. غلظت‌ تعادلی‌ جاهای‌ خالی‌ زیاد می‌ شود
5. مکانیزم های‌ تغییر شکل‌ جدید فعال می‌ شوند
6. در بعضی‌ فلزات سیستم‌ لغزش فعال شده یا تغییر می‌ کند
7. تغییر شکل‌ در مرز دانه‌ ها ممکن‌ است‌ رخ دهد

ساخت افزایشی
تولید قطعات به روش ساخت افزایشی مانند روش ذوب لیزر انتخابی فلزات (SLM) این فرآیند به سرعت در حال صنعتی شدن است . برای اینکه از این فناوری استفاده گسترده تری می شود به عنوان یک روش تولیدی که می تواند قطعاتی با هندسه پیچیده و خواص مکانیکی خوب تولید کرد وعمده قطعاتی که شکل دهی و ماشین کاری و قالب گیری آن ها دشوار است با این روش تولید می شوند[67]
پرینتر های سه بعدی فلز, قطعات توربو ماشین مانند تیغه ها و پره ها و… را می سازند به این علت که پیچیدگی های در روند تولید سنتی آن ها است که تولید به روش سنتی را دشوار می سازد وبه صرفه نیست [67]
▬ روند تولید ساخت افزایشی
ساخت افزایش شامل فناوری های مختلفی برای تولید قطعات به صورت لایه ای است.این فناوری را میتوان به صورت کلی به هفت کلاس اصلی بر اساس مکانیزمی که در هر لایه تشکیل می شود تقسیم کرد : فوتوپلیمریزاسیون ، اکستروژن ، لمینیت ورق ، رسوب پرتو ، نوشتن مستقیم و چاپ ، چاپ جت بایندر بستر پودری و همجوشی بستر پودری [68]
در شکل 2-19 یک فرایند (slm) را مشاهده می کنید یک مخزن پودر موجود است و یک سطح تخت، مخزن پودر دوز تزریق پودر را مشخص می کند و به سطح صاف بالای خود منتقل می کند مانند یک آسانسور سپس یک لایه نازک و یکنواخت از پودر بر روی سطح صاف توسط یک مکانیزم پوشش داده می شود مکانیزم پوشش دهنده ممکن است یک خراش دهنده سخت یا اسکاج نرم ویا یک غلتک باشد. ضخامت لایه پودر معمولا بین 10تا 100 میکرومتر است .توسط یک اسکن لیزری متمرکز در سرار سطح اسکن شده ذوب می شود در این سیستم ها معمولا لیزر های فیبری باطول موج در محدوده 106و108 میکرو متر است و این فرایند هر بار تکرار می شود تا لایه ها روی هم قرار بگیرند .در فضای نیتروژن یا ارگون این عمل صورت می پذیرد اکسژن باید بسیار کم باشد برای جلوگیری از اکسیداسیون پارامترهای اصلی که یر خروجی اثر گذار هستند 1. پارامتر های مربوط به لیزر و اسکن 2)خواص مواد پودری 3)خواص بستر پودری و پارامتر های پوشش مجدد 4)محیط ساخت.