تحليل الفشل وتقييم البنية المجهرية للسبائك الفائقة المختلفة المقاومة للحرارة من النيكل بعد التعرض لارتفاع درجة الحرارة
Title Failure Analysis and Microstructural Evaluation of Different Heat Resistant Nickel Base Superalloys After Overheating Exposure
الباحث الرئيس عصام ربيع ابراهيم محمود
التخصص: الهندسة الميكانيكية
التخصص الدقيق: هندسة المواد المتقدمة
المستخلص: تم استخدام السبائك الفائقة من النيكل على نطاق واسع كمواد ذات درجة حرارة عالية في مصانع الأسمنت والبتروكيماويات والطاقة. أبلغت هذه الورقة عن التطور المجهرية وتحليل الفشل لسبائك النيكل المختلفة المقاومة للحرارة القاعدية المعرضة لسخونة زائدة مختلفة في الموقع. تم تقييم تأثير التعرض لدرجة الحرارة العالية على تدهور البنية المجهرية للأجزاء الفاشلة باستخدام المجسم المجسم والمجاهر الإلكترونية الضوئية والمسح الضوئي وتحليل XRD. يتعلق الجزء الأول بالفشل المفاجئ للسبائك الفائق HP40Nb Ni-base superalloy المصبوب. كان الكسر في وضع هش دون أي تشوه بلاستيكي. ترسبت العديد من الكربيدات داخل وعلى حدود حبيبات الأوستينيت التشعبات الكبيرة ، مما أدى إلى العديد من التشققات الدقيقة الشبكية ، وتسبب في ضعف المواد عند تعرضها لأي ضغوط. أكدت النتائج أن الجزء الفاشل تعرض لدرجة حرارة عالية جدا وصلت إلى ما يقارب نقطة الانصهار. أظهر الجزء الثاني طرفًا لطرف غاز متضرر بشكل خطير مصنوع من سبيكة HR-160-Ni-base. تعرض الجزء إلى درجة حرارة أعلى للغاية تتجاوز درجة حرارة صلابة السبيكة ، مما تسبب في ذوبان جزئي وترقق شديد في أحد جوانب الطرف. أظهر الهيكل العديد من الرواسب الحبيبية الكبيرة داخل حبيبات الأوستينيت الخشنة. تشكلت شقوق وفراغات بين هذه الحبوب الخشنة مما أدى إلى تلف المواد. يوفر هذا العمل إرشادات حول السلوك البنيوي المجهرية لسبائك Ni-base عند تعرضها لدرجة الحرارة بالقرب من نقطة الانصهار وسيكون مفيدًا في توفير المعلومات الأساسية لتصميم السبيكة والخدمة.
Abstract: Ni-base-superalloys have been widely used as a high temperature material in cement, petrochemical, and power plants. This paper reported the microstructural evolution and failure analysis of two different nickel base heat resistance alloys subjected to different on-site overheating. The impact of high temperature exposure on the microstructure degradation of the failed parts were evaluated using stereoscope, optical and scanning electron microscopes and XRD analysis. The first part was related to sudden failure of as-cast HP40Nb Ni-base superalloy. The fracture was in brittle mode without any plastic deformation. Many carbides were precipitated inside and at the grain boundaries of austenite large dendrites, leading to many networked micro-cracks, and causing materials weakness when subjected to any stresses. The results confirmed that the failed part was subjected to ultra-high temperature reached to nearly the melting point. The second part showed a seriously damaged gas spud tip made from HR-160-Ni-base alloy. The part was exposed to extremely higher temperature exceeding the solidus temperature of the alloy, causing a partial melting and severe thinning on one of the tip sides. The structure showed many large intergranular precipitates inside coarse austenite grains. Cracks and voids were formed between these coarse grains leading to material damage. This work provides a guidance on the microstructural behaviour of the Ni-base alloys when exposed to temperature near the melting point and will be helpful for providing basic information for alloy design and service.