دستیابی پژوهشگران امیرکبیر به فناوری اتصال آلیاژهای راهبردی توربین

پیام خوزستان - ایسنا / پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با توسعه روشی نوین برای اتصال آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V به سوپرآلیاژ اینکونل 617، گامی در جهت ساخت قطعات دوفلزی مورد استفاده در صنایع نیروگاهی و ‌خودروسازی برداشتند؛ دستاوردی که با کاهش دما و زمان فرایند اتصال، امکان کاهش هزینه‌های تولید را فراهم می‌کند.
سعید وزیریان با راهنمایی دکتر علی فرزادی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مواد و متالورژی این دانشگاه، طرح پژوهشی با عنوان «سازوکار تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی اتصال فاز مایع گذرای آلیاژ Ti-6Al-4V به سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 617 با لایه واسط پایه نقره» را اجرایی کردند.
وزیریان درباره اهداف این پژوهش گفت: این طرح با هدف کاهش دما و زمان اتصال برای حفظ ریزساختار دوفازی آلیاژ Ti-6Al-4V، ساخت قطعات دوفلزی مورد نیاز صنایع پیشرفته و جلوگیری از تشکیل فازهای بین‌فلزی مخرب در ناحیه اتصال انجام شد.
وی افزود: ساخت قطعات دوفلزی در صنایع نیروگاهی، هواپیماسازی و خودروسازی از اهمیت بالایی برخوردار است؛ به‌ویژه در قطعاتی که دو سمت آنها در معرض شرایط دمایی متفاوت قرار دارند. در این پژوهش تلاش شد ضمن حفظ ویژگی‌های ریزساختاری آلیاژهای پایه تیتانیوم، اتصال دو آلیاژ کاربردی با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت در کمترین دما و زمان ممکن و با استحکام برشی مناسب حاصل شود.
مجری این طرح تحقیقاتی درباره روش اجرای پژوهش توضیح داد: در این مطالعه از روش فاز مایع گذرا (Transient Liquid Phase) که یکی از فرایندهای لحیم‌کاری محسوب می‌شود، استفاده شد. این روش امکان به حداقل رساندن تشکیل مذاب و کاهش اثر تنش‌های پسماند در ناحیه اتصال را فراهم می‌کند.
این دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: در ابتدا آلیاژهای پایه و لایه واسط تهیه شدند و با مونتاژ آنها نمونه‌ها برای انجام فرایند اتصال‌دهی آماده شدند. سپس عملیات اتصال‌دهی در یک کوره خلأ High-Tech انجام شد. پس از آن خواص مکانیکی و فیزیکی اتصالات مورد ارزیابی قرار گرفت.
وزیریان خاطرنشان کرد: در اجرای طرح از محاسبات ترمودینامیکی برای پیش‌بینی و تحلیل ریزساختار تحولات ریزساختاری در ناحیه اتصال استفاده شد که نقش مهمی در خواص نهایی اتصال و سازه ساخته شده دارد.
وی استفاده از لایه‌های واسط چندعنصری را یکی از مهم‌ترین پیچیدگی‌های این پژوهش عنوان کرد و یادآور شد: در این شرایط سیستم‌های نفوذی بسیار پیچیده‌ای شکل می‌گیرد به نحوی که روابط تحلیلی متداول قادر به پیش‌بینی دقیق اثر متغیرها بر فرایند اتصال نیستند. برای غلبه بر این چالش از نمودارهای فازی ترمودینامیکی مبتنی بر روش CALPHAD استفاده شد. همچنین مکانیزم اتصال در این سامانه به دلیل تعدد واکنش‌ها و تحولات ریزساختاری از پیچیدگی بالایی برخوردار است که در این تحقیق به صورت جامع مورد بررسی قرار گرفت.
مجری طرح به کاربردهای این دستاورد تحقیقاتی نیز اشاره کرد و گفت: نتایج این پژوهش در صنایع هوافضا و هواپیماسازی، به‌ویژه در ساخت قطعات موتور هواپیما و همچنین در تولید توربوشارژرهای مورد استفاده در صنعت نیروگاهی و خودروسازی قابل بهره‌برداری است.
وزیریان با اشاره به دستاوردهای علمی حاصل از این پژوهش گفت: تاکنون دو مقاله علمی مستخرج از حدود ۵۰ درصد نتایج این پایان‌نامه در نشریات معتبر بین‌المللی به چاپ رسیده است و دو مقاله دیگر نیز در حال نگارش و آماده‌سازی برای انتشار هستند.
وی افزود: در این تحقیق برای نخستین بار از محاسبات ترمودینامیکی در فرایند اتصال فاز مایع گذرا (Transient Liquid Phase) استفاده شد که این موضوع از جنبه‌های نوآورانه و متمایز این پژوهش به شمار می‌رود.
مجری این طرح درباره ادامه مسیر تحقیق اظهار کرد: نتایج این پژوهش می‌تواند مسیر علمی جدیدی را برای توسعه اتصال‌دهی این آلیاژها ایجاد کند و زمینه را برای حرکت به سمت نیمه‌صنعتی شدن این فناوری و بهره‌برداری از آن در صنایع مختلف فراهم سازد.
وی یکی از مهمترین ویژگی‌های این پژوهش را تحلیل و بررسی سیستم‌های پیچیده فازی با تکیه بر مبانی علم پایه و بهره‌گیری همزمان از آزمایش‌های تجربی دانست که امکان شناخت دقیق‌تر سازوکارهای حاکم بر فرایند اتصال را فراهم کرده است و گفت: بر اساس بررسی‌های انجام شده، این پژوهش نخستین کار تحقیقاتی در جهان است که بر اتصال این آلیاژهای با استفاده از لایه واسط پایه نقره اجرا شده و نمونه مشابهی برای آن گزارش نشده است.
مجری این طرح تحقیقاتی در خصوص مزیت رقابتی این دستاورد اظهار کرد: مهمترین مزیت این فناوری کاهش دما و زمان فرایند اتصال است؛ این موضوع در صنایع مختلف اهمیت ویژه‌ای دارد؛ چرا که اتصالات آلیاژهای نامشابه معمولاً به کوره‌های خلأ پیشرفته و پرهزینه نیاز دارند و کاهش زمان و دمای فرآیند می‌تواند هزینه‌های تولید را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.وی درباره هزینه اجرای طرح نیز گفت: بخش عمده هزینه‌های این پژوهش مربوط به تهیه آلیاژها و استفاده از کوره خلأ با فناوری بالا بود.
به گزارش روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، برآوردها نشان می‌دهد هزینه اجرای طرح با نرخ ارز زمان انجام پژوهش در حدود ۱۰۰ میلیون تومان بود.وزیریان در پایان با اشاره به کاربردهای این فناوری خاطرنشان کرد: نتایج این پژوهش در ساخت قطعات پیشرفته مورد استفاده در صنایع هواپیمایی، نیروگاهی و از جمله توربوفن هواپیما، بخش‌هایی از بدنه هواپیما و همچنین توربوشارژرهای خودرو قابل استفاده خواهد بود.