بهينهسازی دما و زمان انحالل در ابرهمبستة پایه نيکل پرخوران روش طراحي آزمایشها

فصلنامة علمي- پژوهشي تحقيقات موتور شمارة 4 )تابستان 95( صفحة 7-6 فصلنامة علمي- پژوهشي تحقيقات موتور تارنماي فصلنامه: www.engineresearch.ir بهينهسازی دما و زمان انحالل در ابرهمبستة پایه نيکل پرخوران روش طراحي آزمایشها 5 محمد آزادي * مصطفي ایزي آرمين مربوط محبوبه آزادي 4 عليرضا حاجي علي محمدي موتور براساس سختي به دانشکده مهندسي مکانيک دانشگاه سمنان سمنان ایران m_azadi@semnan.ac.ir دانشکده مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه سمنان سمنان ایران mostafaiziy_metal@yahoo.com دانشکده مهندسي مکانيک دانشگاه سمنان سمنان ایران arminmarbout@yahoo.com 4 دانشکده مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه سمنان سمنان ایران m.azadi@semnan.ac.ir 5 دانشکده مهندسي مکانيک دانشگاه سمنان سمنان ایران ahajiali@semnan.ac.ir نویسندة مسئول شماره تماس: 0900780 * چکيده امروزه یکي از قطعات مهم در برخي از موتورهاي احتراقي پرخوران است که ميتواند در بهبود عملکرد نقش ایفا کند. پرههاي گرداي این قطعه در دماي داغ کار ميکنند. بر این اساس و با توجه به نيروي گریز از مرکز موجود در پرهها یکي از متغيرهاي طراحي استحکام خزشي ماده است و لذا از ابرهمبستههاي پایه نيکل استفاده ميشود. در این مقاله سعي شده است که مقدار سختي ابرهمبستة پایه نيکل 7C )مورد استفاده در پرههاي گرداي قطعة پرخوران موتور( با فرایند عمليات حرارتي افزایش یابد. براي این منظور از روش طراحي آزمایشها استفاده شده و در مقادیر مختلف دما و زمان انحالل طي فرایند عمليات حرارتي سختي سنجي در خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها در ریزساختار ماده صورت پذیرفته است. نتایج تجربي نشان ميدهد بطور کلي در دماي انحالل 00 درجه سانتيگراد و زمان انحالل 60 دقيقه مقادیر سختي بيشينه ميشوند. تحليل حساسيت متغيرها نيز نشان دهنده اثر مؤثر دماي انحالل نسبت به سایر متغيرها )زمان انحالل و اثر متقابل دما و زمان( است. اطالعات مقاله تاریخچة مقاله: دریافت: 9 اردیبهشت 95 پذیرش: شهریور 95 کليدواژهها: طراحي آزمایش سختي سنجي عمليات حرارتي ابرهمبستة پایه نيکل CC BY NC SA تمامي حقوق براي انجمن علمي موتور ایران محفوظ است.

64 پایه نيکل Rene-80 را طي یک فرایند عمليات حرارتي چند مرحله 5 و دو مرحله پيرسازي ( 6 ارزیابي اي )شامل یک مرحله انحالل کردند. سجادي و همکاران [7] نيز ریزساختار ابرهمبستة پایه نيکل دیگري )GTD-( را تحت متغيرهاي مختلف فرایند عمليات حرارتي مطالعه کردند. در تحقيق آنها دماي بهينه براي انحالل را معادل با 00 درجه سانتيگراد محاسبه شد. همچنين نشان دادند که شکل و اندازة ریزساختار ماده وابسته به نرخ سرد کردن در فرایند عمليات حرارتي است. براساس تاریخچه تحقيق ميتوان ادعا نمود که فعاليتهاي علمي بسيار کمي در زمينه طراحي آزمایشها )DOE( 7 به منظور بهينه کردن فرایند عمليات حرارتي در ابرهمبستهها صورت گرفته است. لذا در این مقاله دو متغير دما و مدت زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي با تابع هدف افزایش سختي در ابرهمبستة پایه نيکل 7C با کاربرد در پرههاي گرداي قطعة پرخوران موتور بهينه شده است. - مواد و آزمونها -- ابرهمبستة پایه نيکل مادة مورد مطالعه در این مقاله ماده بکار رفته در پره گرداي قطعة پرخوران در یک موتور احتراق داخلي بنزیني چهار استوانه است که با عنوان ابرهمبستة پایه نيکل 7C شناخته ميشود. درصد عناصر همبسته این ماده در جدول )( نشان داده شده است. در شکل )( ریزساختار ماده اوليه از ابرهمبستة پایه نيکل 7C )بدون عمليات حرارتي( و ترکيبات موجود در ریزساختار آن نمایش داده شده است. ریزساختار نمونة اوليه حاوي کاربيده يا همبسته )مثل کاربيد کروم( زمينة گاما )γ( و رسوبات گاما پرایم (, γ( است. انتظار ميرود با افزایش دماي انحالل در فرایند عمليات حرارتي تا دماي 00 درجه سانتيگراد )انحالل کامل( کاربيدهاي کروم نيز در درون حالت گاما )γ( حل شود [8]. جدول نام عنصر Ni : درصد عناصر همبسته در ابرهمبستة پایه نيکل 7C درصد عنصر Bal. نام عنصر C Fe B Zr Si Cu 5.5 0.97.9 0.04 4 4.5 Al Ti Ta+Nb Mn Cr درصد عنصر 0. 0. 0.0 0.06 0.04 0.0 trace V 5 Solution 6 Ageing 7 Design of Experiments Mo - مقدمه قطعة پرخوران در موتورهاي احتراقي به منظور بهبود عملکرد )افزایش توان و گشتاور( مورد استفاده است. قطعات اصلي در پرخوران شامل تنجار محور و گردا است. گردا توسط گازهاي خروجي به چرخش درآمده و با توجه به اینکه گردا و تنجار روي یک محور واقع هستند حرکت دوارني به تنجار منتقل شده و هواي ورودي به موتور متراکم ميشود. بدین وسيله هواي بيشتري وارد موتور ميگردد که باعث افزایش توان و گشتاور آن ميشود. حال با توجه به اینکه کارکرد قطعه گردا و پرههاي آن در دماي داغ )حدود 900 تا 000 درجه سانتيگراد در موتورهاي احتراقي( است الزم است که در اثر بارهاي خزشي )ناشي از نيروي گریز از مرکز به دليل حرکت دوراني پرهها با سرعتي حدود 00 هزار دور بر دقيقه( ماده مورد استفاده استحکام کافي را داشته باشد. براي این منظور معموال از ابرهمبستههاي پایه نيکل در ساخت پرههاي گرداي قطعة پرخوران استفاده ميشود. لذا همواره هدف افزایش عمر این قطعه مدنظر مهندسان قرار گرفته است. روشهاي متعددي براي افزایش عمر وجود دارد همچون تغيير روش ساخت و فرایند عمليات حرارتي که در این مقاله به روش دوم پرداخته ميشود. در زمينه مطالعاتي بهبود عمر انواع ابرهمبستهها با استفاده از عمليات حرارتي تحقيقاتي انجام شده است که شرح برخي از آنها [-] با استفاده از در ادامه موجود است. کارون و همکاران عمليات حرارتي استحکام خزشي ابرهمبستة پایه نيکل CMSX- در محدوده دمایي 760 تا 050 درجه سانتيگراد را بهبود دادند. آنها نشان دادند که عمليات حرارتي تأثيري بر ترکيب رسوبات و حالت و همکاران [] تأثير عمليات حرارتي بر گاما پرایم (, γ( ندارد. رائو ریزساختار و خواص مکانيکي ابرهمبستة پایه نيکل IN78 را بررسي کردند و نشان دادند که عمليات حرارتي مورد استفاده شرایط بهينه اي ندارد و خواص مکانيکي )شامل تنش تسليم و تنش نهایي( طي آن کاهش ميیابد. [4] اثر عمليات حرارتي و تغيير شکل خزش در لي و واهي ابرهمبستة پایه نيکل IN78LC را مطالعه کردند. آنها نشان دادند که تغييرشکل خزشي باعث ایجاد یک عدم تطبيق قابل توجه بين [5] 4 اثر رسوبات گاما )γ( و گاما پرایم (, γ( شد. جکسون و رد عمليات حرارتي بر روي ریزساختار ابرهمبسته آهنگري شده UDIMET-70Li را بررسي کردند. آنها فرایند عمليات حرارتي را به صورت نگهداري نمونه طي 4 ساعت در دماي 700 درجه سانتيگراد پيشنهاد دادند. صفري و ناطق [6] ریزساختار ابرهمبستة Caron Rao Li and Wahi 4 Jackson and Reed

65 شکل : کوره حرارتي به منظور اجراي فرایند عمليات حرارتي شکل : ریزساختار ماده اوليه از ابرهمبستة پایه نيکل 7C بدون عمليات حرارتي شایان ذکر است که حالت گاما )γ( شامل یک محلول جامد نيکل با عناصري مانند کروم یا موليبدن است. ضمنا حالت گاما پرایم (, γ( شامل یک حالت بين فلزي بين عناصر نيکل و آلومينيوم است. نوع کاربيد نيز در نمونه اوليه بدون عمليات حرارتي حاوي عناصر کروم تيتانيوم و نيوبيوم است که در دماه يا گرم پایدارند [9]. شکل : تاریخچه تغييرات دما در فرایند عمليات حرارتي -- آزمون سختي سنجي براي ابرهمبستة پایه نيکل مورد مطالعه آزمون سختي سنجي براساس استاندارد ASTM-E8- [] انجام شده است. براساس این استاندارد در آزمون راکولسي براي سنجش مقدار سختي موادي مانند فوالدهاي سخت و همبستههاي پایه تيتانيومي و نيکلي از مخروط الماسي 0 درجه اي به عنوان فرو رونده )سنبه( استفاده ميشود. بار اعمالي در این آزمون 50 کيلوگرم است. شکل تجهيزات شامل دستگاه سختي سنجي دیجيتالي ENSRT در شکل 4 نشان داده شده است. پس از آماده سازي سطح نمونه در دو جهت )شکل 5( براي بررسي تکرارپذیري سه بار آزمون سختي تکرار شده است. براساس استاندارد ASTM-E8- [] پس از اجراي آزمونها ميانگين سختي avg( H( و انحراف استاندارد stdev( H( از رابطههاي زیر محاسبه ميشود. H avg = H + H + H H stdev = (H i H avg ) i= Rockwell_C Repeatability )( )( -- فرایند عمليات حرارتي به منظور اجراي فرایند عمليات حرارتي از کوره مقاومتي در فضاي اتمسفر محيط استفاده شده است )شکل (. محدودة دماي عمليات حرارتي بين 000 تا 00 درجه سانتيگراد انتخاب گردیده است. شایان ذکر است که دماي ذوب این ماده در محدوده 60 تا 88 درجه سانتيگراد است [0]. در فرایند عمليات حرارتي بر روي نمونههاي مختلف دماهاي 40 050 000 و 00 درجه سانتيگراد و همچنين مدت زمانهاي 60 و 0 دقيقه مدنظر قرار گرفته است. تعداد نمونههاي عمليات حرارتي شده هشت قطعه بوده که از این هشت نمونه شش نمونه در مدت زمان ثابت 60 دقيقه در دماهاي 40 00 050 000 و 00 درجه سانتيگراد و سه نمونه دیگر در دماهاي 00 000 و 00 درجه سانتيگراد در مدت زمان ثابت 0 دقيقه عمليات حرارتي شده اند. این دماهاي انحالل براساس مرجع [9] انتخاب شده است. همچنين نرخ افزایش دما براي رسيدن به دماي مدنظر 80 دقيقه درنظر گرفته شده است )شکل (. این نرخ به گونه اي انتخاب شده است که کمترین تنش حرارتي به قطعه وارد شود. پس از فرایند گرم کردن نمونهها از کوره خارج شده و در محيط به تدریج سرد ميشوند. این سرد شدن تدریجي نمونه در حدود 5 دقيقه به طول ميانجامد. Intermetallic phase

66 آزمون سختي سنجي در هر قطعه بر روي خطوط عمودي و موازي با راستاي دانه بندي سطح نمونه انجام شده است. هر قطعه در ابتدا گردیده است )شکل 5(. قبل از اجراي آزمون سختي سطح ماکرو اچ نمونه با سنبادههاي متفاوت از شماره 50 تا 00 صيقلي صاف و با محلول مناسب اچ شده است. محلول اچانت مورد استفاده شامل محلول ماربل )اسيد هيدروکلریک 7 درصد 50 ميلي ليتر و سولفات مس 0 گرم و آب 00 ميلي ليتر( و زمان اچ کردن نيز در حد بسيار اندک ) ثانيه( است ][. در بخش دوم شکل 5 سطح نمونه بعد از انجام آزمون سختي سنجي )شامل اثر فرورفتگيهاي ناشي از اجراي آزمون( نشان داده شده است. ضمنا در مرز دانهها )شکل 5( به دليل وجود کاربيدها انتظار ميرود که عدد سختي افزایش یابد. به عبارت دیگر مقدار سختيهاي اندازهگيري شده در جهت خطوط عمود بر راستاي دانه بندي داراي محدوده تغييرات بيشتر و درنتيجه انحراف معيار بيشتري نسبت به عدد سختي ميانگين داشته باشند. شکل 4: دستگاه سختي سنجي دیجيتالي 4-- طراحي آزمایشها به منظور ایجاد یک درک صحيح از اثر متغيرهاي مختلف بر یک رفتار و همچنين بهينه سازي متغيرهاي مؤثر ميتوان از طراحي آزمایشها استفاده نمود که شامل چندین روش و چندین بخش است. یکي از این روشها تحليل حساسيت با استفاده از تحليله يا آماري است. بر این اساس با محاسبه ميانگين مربعات )MS( اثر شامل متغير مدنظر treatment( )MS و خطا error( )MS و همچنين مقایسه آن با مقدار مرجع α,a-,n-a( F( حساسيت اثر بدست ميآید ][. MS error F 0 > F α,α,n α )4( که در آن F α,a-,n-a از جداول آماري استخراج ميشود. مقددار سدطح ریسک α معموال برابر با 0.05 بوده و ضریب اطميندان %95 درنظدر گرفته شده است. مقادیر -a و N-a نيز درجات آزادي اثدر و خطدا را نشان ميدهد. روابط فوق براي یک اثر قابل اجراست و ميتوان براي چند اثر آن را تعميم داد. جزئيات بيشتر در این مدورد در مرجدع ][ آمده است. تحليل هاي آماري در این مقالده بدا اسدتفاده از ندرمافدزار MINITAB انجام شده است. پس از تحليل حساسيت با اسدتفاده از تحليل رگرسيون تدابعي براسداس متغيرهداي مددنظر (, )P, P براي تخمين ميزان سختي )H( ارائه شده است. H = C 0 + C P + C P + C P P + )5( رابطه فوق با نتایج تجربي بدست آمده ضدرائب تدابع پس از تطبيق فوق (, )C 0, C محاسبه ميشوند.[] شکل 5: سطح ماکرو اچ شدة نمونه آزمون: قبل و به هنگام آزمون سختي سنجي و بعد از آزمون سختي سنجي Macro-etching Regression analysis Curve fitting F 0 = MS treatment )(

67 در این مقاله ضریب ثابت توان اول و دوم متغيرها و اثر متقابل آنهدا )ضرب دو متغير( درنظر گرفته شده است. البته با توجه به اینکه متغيدر زمان فقط در دو سطح تغيير کرده است توان دوم متغير زمان حدذف ميگردد. این رفتار در شکل 8 نيز براي مقدار انحراف از انواع توزیع )نرمال و ویبال ) دادههاي سختي اندازهگيري شده نشان نرمال لگاریتمي داده است. توزیع نرمال لگاریتمي و نرمال بهترین نوع براي نمایش دادههاي بدست آمده است. بطور کلي ميتوان گفت که سختي پس از عمليات حرارتي )با هر شرایطي دمایي و زماني( نسبت به سختي نمونه اوليه ماده افزایش یافته و یا تقریبا بدون تغيير )در دماي 000 درجه سانتيگراد( است. به عبارت دیگر کاهش محسوس سختي در اثر عمليات حرارتيهاي انجام شده قابل مشاهده است. - نتایج و بحث بر روی نتایج در اولين بخش از ارائه نتایج مقادیر سختي ميانگين و انحراف معيار در نمونههاي مختلف براي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها در شکلهاي 6 و 7 به ترتيب براي فرایند عمليات حرارتي در مدت زمان 60 و 0 دقيقه آمده است. به عنوان اولين نتيجه قابل ذکر همان گونه که انتظار ميرفت بطور کلي انحراف معيار در نتایج سختي سنجي بر روي خطوط عمود بر راستاي دانهها بيشتر از راستاي موازي است. البته ممکن است در این مورد استثنایي وجود داشته باشد اما در مجموع جملة صحيحي است. علت این امر نيز احتمال اجراي آزمون سختي سنجي بر روي مرز دانهها که داراي کاربيدها هستند است. شکل 6: نتایج سختي ميانگين و انحراف معيار براي فرایند عمليات حرارتي در مدت زمان 60 دقيقه )ج( شکل 8: انواع توزیع دادههاي اندازهگيري شده براي سختي شامل توزیع نرمال توزیع لگاریتم نرمال و )ج( توزیع ویبال Normal Log-Normal Weibull شکل 7: نتایج سختي ميانگين و انحراف معيار براي فرایند عمليات حرارتي در مدت زمان 0 دقيقه

68 )6( نتایج تحليل حساسيت )شامل منحني پرتو ( در شکل 9 براي سختي اندازهگيري شده براي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها آمده است. بر این اساس براي هر دو حالت متغير دماي انحالل در فرایند عمليات حرارتي متغير مؤثر شناخته شده و بقيه متغيرها )زمان و اثر متقابل دما و زمان( حساس نيستند. اما اثر متقابل دو متغير دما و زمان حساسيت بيشتري نسبت به اثر متغير زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي دارد. شامل احتمال نرمال مقادیر انحراف نتایج شبيه نتایج مقادیر باقيمانده سازي براساس تابع رگرسيون انتخاب شده با نتایج تجربي در شکل 0 براي سختي بر روي خطوط موازي و عمود )p H و H( v بر راستاي دانهها آمده است. این شکل توزیع مناسب مقادیر باقيمانده را نشان ميدهد. معادالت حاصل از تحليل رگرسيون براساس متغيرهاي دماي انحالل )T( و زمان انحالل )t( در فرایند عمليات حرارتي نيز به شرح زیر هستند: H p = 78. + 0.7T 0.5t 0.0000T + 0.000Tt Hv = 4 0.T + 0.4t + 0.0005T 0.0004Tt )7( دقت و حساسيت هر متغير در معادالت نشان داده شده )شامل مقادیر P-Value و R( در جدول آمده است. شایان ذکر است که مقدار ایده آل متغيرهاي فوق به ترتيب مقادیر کمتر از 0.05 و مقادیر نزدیک به است. نحوه تغييرات سختي برحسب متغيرهاي انحالل )دما و زمان( در فرایند عمليات حرارتي در شکل نشان داده شده است. همان گونه که در شکل مشاهده ميشود با افزایش دماي انحالل سختي افزایش یافته است. این افزایش سختي براي نتایج هر دو خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها قابل مشاهده است. همچنين این نتایج براي هر دو زمان انحالل )60 و 0 ثانيه( تکرار شده است با این تفاوت که براي سختي در خطوط موازي مقدار افزایش سختي در مدت زمان انحالل 0 دقيقه بيشتر از مقادیر مربوط به 60 ثانيه است و براي سختي در خطوط عمود کمتر است. جدول : دقت و حساسيت بخشهاي مختلف در تایع رگرسيون Hardenss_p Parts P-Value Constant T t T T t R 0.5 0.085 0.068 0.075 0.050 %56.56 Hardness_v Parts P-Value Constant T t T T t R 0. 0.60 0.0 0.8 0.90 %5. شکل 9: نتایج تحليل حساسيت براي سختي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها شکل 0: احتمال توزیع نرمال مقادیر باقيمانده براي نتایج سختي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها Pareto Chart Residual

69 البته براي سختي در خطوط موازي با راستاي دانهها و مدت زمان انحالل 60 دقيقه در دماي انحالل 00 درجه سانتيگراد سختي کمي کاهش یافته است. چنين نتایجي در شکلهاي و به ترتيب به صورت طيف و رویه پاسخ براي درک بهتر نتایج قابل مشاهده است. براساس نتایج بدست آمده ميتوان مقادیر بهينه براي دما و زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي را با تابع هدف افزایش سختي محاسبه نمود. در صورتي که تابع هدف فقط مقادیر سختي خطوط موازي با راستاي دانهها انتخاب شود دماي انحالل بهينه برابر با 94 درجه سانتيگراد و زمان انحالل بهينه برابر با 0 دقيقه محاسبه ميگردد. در صورتي که تابع هدف فقط مقادیر سختي خطوط عمود بر راستاي دانهها انتخاب شود دماي انحالل بهينه برابر با 00 درجه سانتيگراد و زمان انحالل بهينه برابر با 60 دقيقه محاسبه ميگردد. در صورتي که تابع هدف هر دو مقادیر سختي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها انتخاب شود )با ضریب وزني یکسان( دماي انحالل بهينه برابر با 00 درجه سانتيگراد و زمان انحالل بهينه برابر با 06 دقيقه محاسبه ميگردد. در گام بعدي فرایند عمليات حرارتي بهينه شده براي بررسي پدیده خزش که یک حالت خرابي عمده در پرههاي گردا هاست مدنظر قرار ميگيرند که نتایج آن در مقاالت بعدي ارائه خواهد شد. بررسيهاي ریزساختاري ماده براي مدت زمان انحالل 60 دقيقه نشان ميدهد که با افزایش دماي انحالل تا 00 درجه سانتيگراد برخي از کاربيدهاي همبسته تقریبا انحالل کامل پيدا ميکنند و لذا از پيوستگي کاربيدها در مرز دانهها کاسته ميشود. کاربيدهاي موجود در نمونه آزمون کاربيد کروم بوده که با افزایش دما کروم در زمينه حل ميشود. وجود کروم در زمينه با تشکيل اکسيد کروم مقاومت به اکسيداسيون را باال ميبرد. الزم به ذکر است که هرچه از مقدار پيوستگي کاربيدها در مرز کاسته شود و هرچه که دانهها به صورت شاخهاي درآیند به بهبود خواص خزشي با قفل کردن حرکت مرز دانهها کمک ميکند. همچنين با اجراي فرایند عمليات حرارتي اگر حالت گاما پرایم (, γ( از 0 به 60 درصد برسد سختي و خزش را تغيير و بهبود ميبخشد. افزایش حالت گاما پرایم (, γ( در زمينه با افزایش دما تا 00 درجه سانتيگراد باعث افزایش سختي ميشود. همچنين عنصر نيوبيوم که از کاربيد خارج شده در حالت گاما زگوند (,, γ( شرکت ميکند و لذا در استحکام بخشي نيز تأثيرگذار است [9-7]. شکل : مقادیر تغييرات سختي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها برحسب متغيرهاي دما و زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي شکل : مقادیر تغييرات سختي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها برحسب متغيرهاي دما و زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي به صورت کانتور

70 دانهها به عنوان تابع هدف دماي انحالل بهينه برابر با 00 درجه سانتيگراد و زمان انحالل بهينه برابر با 06 دقيقه محاسبه ميگردد. شکل : مقادیر تغييرات سختي خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها برحسب متغيرهاي دما و زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي به صورت رویه پاسخ بررسيهاي ریزساختاري ماده براي مدت زمان انحالل 0 دقيقه نشان ميدهد که افزایش دماي انحالل تأثير قابل مالحظهاي ندارد. به عبارت دیگر از یک مدت زمان انحالل معين به بعد حل شدن کاربيد در زمينه تأثيري بر روي سختي ماده ندارد. اما پراکنده شدن بيشتر کاربيدها و شاخه اي شدنشان در ریزساختار ماده روي رفتار خزش تأثير دارد [9-7]. مراجع و منابع [] P. Caron, T. Khan, Improvement of creep strength in a nickel-base single-crystal super-alloy by heat treatment, Materials Science and Engineering A, Vol. 6, No., pp. 7-84, 98 [] P. Caron, P.J. Henderson, T. Khan, M. McLean, On the effects of heat treatments on the creep behavior of a single crystal superalloy, Scripta Metallurgica, Vol. 0, No. 6, pp. 875-880, 986 [] G.A. Rao, M. Kumar, M. Srinivas, D.S. Sarma, Effect of standard heat treatment on the microstructure and mechanical properties of hot iso-statically pressed super-alloy Inconel 78, Materials Science and Engineering A, Vol. 55, No. -, pp. 4-5, 00 [4] J. Li, R.P. Wahi, Investigation of Υ/Ý lattice mismatch in the poly-crystalline nickel-base super-alloy IN78LC: Influence of heat treatment and creep deformation, Acta Matellurgica et Materialia, Vol. 4, No., pp. 507-57, 995 [5] M.P. Jackson, R.C. Reed, Heat treatment of UDIMET 70Li: The effect of microstructure on properties, Materials Science and Engineering A, Vol. 59, No., pp. 85-97, 999 [6] J. Safari, S. Nategh, On the heat treatment of Rene- 80 nickel-base superalloy, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 76, No. -, pp. 40-50, 006 [7] S.A. Sajadi, S.M. Zebarjad, R.I.L. Guthrie, M. Isac, Microstructure evolution of high-performance Ni-base super-alloy GTD- with heat treatment parameters, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 75, No. -, pp. 76-8, 006 [8] C.M. Kuo, H. Yang, Y. Bor, C.N. Wei, C.C. Tai, Ageing effects on the microstructure and creep behavior of Inconel 78 super-alloy, Materials Science and Engineering A, Vol. 50-5, pp. 89-94, 009 [9] M.J. Donchie, S.J. Donchie, Super-alloys: A Technical Guide, ASM International, 00 [0] Engineering properties of alloy 7C, Nickel Institute [] Standard test methods for Rockwell hardness of metallic materials, ASTM-E8-, ASTM International, 0 [] F. Binczyk, J. Sleziona, Effect of modification on the mechanical properties of IN-7C alloy, Archives of Foundry Engineering, Vol. 0, No., pp. 95-98, 00 [] M. Azadi, Analysis and improvement of a passenger car NVH behavior using DOE method, MSc Thesis, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran, 008 6- نتيجهگيری در این مقاله اثر دو متغير دما و زمان انحالل در فرایند عمليات حرارتي ابرهمبستة پایه نيکل 7C که در پرههاي گرداي قطعة پرخوران موتور استفاده ميشود با تابع هدف افزایش سختي بررسي شده است. نتایج تحليل حساسيت نشان ميدهد که براي هر دو حالت سختي )خطوط موازي و عمود بر راستاي دانهها( متغير دماي انحالل در فرایند عمليات حرارتي متغير مؤثر شناخته شده و بقيه متغيرها )زمان و اثر متقابل دما و زمان( حساس نيستند. نتایج بهينه سازي سختي براي ابرهمبستة پایه نيکل 7C نيز نشان ميدهد که با انتخاب هر دو مقدار سختي براي خطوط موازي و عمود بر راستاي

M. Azadi et al., The Journal of Engine Research, Vol. 4 (Summer 06), pp. 6 7 7 The Journal of Engine Research Journal Homepage: www.engineresearch.ir Optimization of solution temperature and time in nickel based super alloy of engine turbocharger based on hardness by design of experiments M. Azadi *, M. Iziy, A. Marbout, M. Azadi 4, A. Hajiali Mohammadi 5 Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran, m_azadi@semnan.ac.ir Faculty of Materials and Metallurgical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran, mostafaiziy_metal@yahoo.com Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran, arminmarbout@yahoo.com 4 Faculty of Materials and Metallurgical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran, m.azadi@semnan.ac.ir 5 Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran, ahajiali@semnan.ac.ir *Corresponding Author ARTICLE INFO Article history: Received: 9 February 06 Accepted: September 06 Keywords: Design of experiments Hardness measurement Heat treatment Nickel base super alloy ABSTRACT Nowadays, one of important parts in some combustion engines is the turbo charger, which could improve the performance. Such blades of the turbine, is working at high temperatures. Based on this condition and according to centrifugal forces in blades, one of design parameters is the creep strength of the material. For such condition, nickel base super alloy has been utilized. In this article, the hardness of 7C nickel base super alloy (which has been used in turbine blades of engines) increased by a typical heat treatment. For this objective, the design of experiments was utilized and the hardness through parallel and vertical lines to the grains direction in the material microstructure was measured at different values of the solution temperature and time in the heat treatment. Experimental results showed that optimum values for the solution temperature and time are generally 00 C and 60 min, respectively, when the hardness increased. The sensitivity analysis indicated that effects of the solution temperature are more significant in comparison to other parameters. Iranian Society of Engine (ISE), all rights reserved.