Χαρακτηρισμός με τεχνικές ηλεκτρονικής μικροσκοπίας των μετασχηματισμών φάσεων σε υπερκράμα νικελίου (Waspaloy®) - Αλεξανδράτου, Αναστασία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, 2016)
Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται πλήρης χαρακτηρισμός των μικρογραφικών δομών σε συγκολλημένα και θερμικώς κατεργασμένα δοκίμια υπερκράματος νικελίου με τεχνικές ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, με σκοπό τη μελέτη των μετασχηματισμών φάσεων και των αντιδράσεων κατακρήμνισης. Συγκεκριμένα, εξετάζονται δοκίμια υπερκράματος Waspaloy®, τα οποία έχουν συγκολληθεί με τη συμβατική μέθοδο GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) και τη μη συμβατική EBW (Electron Beam Welding) και εν συνεχεία, έχουν υποστεί κατάλληλη θερμική κατεργασία ομογενοποίησης και γήρανσης (Post Weld Heat Treatment), βάσει προδιαγραφών της αεροναυπηγικής βιομηχανίας. Τα υπερκράματα νικελίου είναι μεταλλικά υλικά υψηλών επιδόσεων, με εφαρμογές κυρίως στην αεροναυπηγική βιομηχανία, στη χημική και πετροχημική βιομηχανία και σε εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας. Συνδυάζουν αυξημένη μηχανική αντοχή, αντίσταση στη διάβρωση και εξαιρετική επιφανειακή σταθερότητα σε ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες, ενώ επίσης εμφανίζουν μεγάλη αντοχή σε ερπυσμό και κόπωση κατά την έκθεσή τους σε διαβρωτικό περιβάλλον και σε υψηλά θερμοκρασιακά πεδία. Η χημική τους σύσταση χαρακτηρίζεται από πλήθος κραματικών προσθηκών, γεγονός που συμβάλλει στην ανάπτυξη μιας ιδιαίτερα πολύπλοκης μικροδομής, στην οποία αποδίδεται ο εξαιρετικός συνδυασμός των ιδιοτήτων τους. H διατήρηση της μηχανικής αντοχής σε απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας επιτυγχάνεται μέσω των μηχανισμών σκλήρωσης της μεταλλικής μήτρας με τη δημιουργία στερεού διαλύματος αντικατάστασης, καθώς και μέσω κατακρήμνισης ενδομεταλλικών φάσεων και καρβιδίων. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης, το υπό εξέταση υλικό ήταν το Waspaloy®, ένα πολυκρυσταλλικό υπερκράμα νικελίου, σκληρυνόμενο μέσω κατακρήμνισης της ενδομεταλλικής φάσης γ’ (Ni3(Al,Ti)), το οποίο χρησιμοποιείται ευρύτατα στην αεροναυπηγική βιομηχανία και ειδικότερα, στα θερμά τμήματα των αεριοστροβίλων. Ο χαρακτηρισμός της αναπτυσσόμενης μικροδομής σε κάθε μια από τις τρεις διακριτές ζώνες συγκόλλησης των δοκιμίων πραγματοποιήθηκε μέσω των τεχνικών της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) και Διερχόμενης Δέσμης (TEM), ενώ οι συμμετέχουσες φάσεις ταυτοποιήθηκαν μέσω Περιθλασιμετρίας Ακτίνων Χ (XRD). Επιχειρήθηκε, επίσης, ο προσδιορισμός της επίδρασης του θερμικού κύκλου της εκάστοτε μεθόδου συγκόλλησης, καθώς και της θερμικής κατεργασίας στην εξέλιξη των μετασχηματισμών φάσεων. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των δοκιμίων, μέσω δοκιμών μονοαξονικής εφελκυστικής καταπόνησης και μικροσκληρομέτρησης κατά Vickers. Η μηχανική απόκριση των εξεταζόμενων δοκιμίων συσχετίστηκε με τη μικρογραφική τους δομή, όπως αυτή διαμορφώθηκε από το θερμικό κύκλο και το τασικό πεδίο της εκάστοτε μεθόδου συγκόλλησης, καθώς και από το θερμικό κύκλο της θερμικής κατεργασίας.