KFUPM ePrints

Oxidation/carburization behavior of high temperature alloys

Al-Aqeeli, Naser M. (2002) Oxidation/carburization behavior of high temperature alloys. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
3565Kb

Arabic Abstract

الهدف من هذه الرسالة هو اكتشاف سلوك سبيكتين حديثتين تحت تأثير بيئة مكونة من غازات مؤكسدة ومكربنة . وهاتين السبيكتين هما (هاينز 214) وهي مكونة أساساً من عنصر النيكل ، والسبيكة الأخرى (إنكولوي 803) والمكون الأساسي لها هو عنصر الحديد . وتتضمن الدراسة تعريض العينات لثلاث ظروف مختلفة عند درجة حرارة 800 درجة مئوية . هذه الظروف تتفاوت من حالة أكسدة نقية إلى حالة كربنة وذلك باستخدام خليط غاز من ميثان وهيدروجين محتوياً على جزيئات من الأوكسجين . وسيكون تقييم أداء هذه السبائك بناءً على اكتسابها للوزن الإضافي جراء تفاعلها مع الغازات الموجودة في البيئة المعرضة لها ، والسبيكة الأفضل هي التي تكتسب وزناً أقل . وتم استخدام العديد من الأجهزة التحليلية في هذا البحث لتوضيح أسباب اكتساب الوزن . وبعد التحليل والدراسة اتضح أن السبيكة الأولى (هاينز 214) هي الأفضل عند تعريضها لبيئة مؤكسدة نقية . وهذا بسبب مقدرتها على تكوين طبقة "أكسيد الألومونيوم" التي تمنع أي تفاعلات من الغازات الموجودة في البيئة ، ويعزى هذا إلى احتواء السبيكة على تركيز عالي من عنصر الألومونيوم . وأكسيد الألومونيوم ينمو بصورة أبطأ من تلك التي ينمو بها أكسيد الكروميوم الذي يتكون على السبيكة الثانية (إنكولوي 803) . وفي حالة تعريض هاتين السبيكتين إلى بيئة مكربنة تحتوي على جزيئات من الأوكسجين نجد أن سبيكة (إنكولوي 803) تكون هي الأفضل وذلك لمقدرتها على إيجاد طبقة عازلة من أكسيد الكروميوم التي تحمي السبيكة من التفاعل مع الكربون . بينما نجد أن سبيكة (هاينز 214) في هذه الحالة لم تستطع تكوين طبقة أكسيد عازلة تحميها من التفاعل مع الغازات الموجودة في البيئة . وفي المرحلة الأخيرة من هذا البحث تم تعريض هاتين السبيكتين لبيئة تحتوي على بخار ماء وميثان وهيدروجين لإيضاح دور الأوكسجين في الحماية من تفاعل المواد مع البيئة المحيطة . ولقد اتضح أن زيادة الأوكسجين في هذه البيئة مفيدة حيث أنها ساعدت على إيجاد أكاسيد عازلة للسبيكتين للتقليل من تفاعل المواد مع جزيئات الغازات الموجودة في البيئة عند درجات الحرارة العالية .

English Abstract

The aim of this investigation is to explore the behavior of newly-developed and promising Ni- & Fe-based alloys Haynes 214 and Incoloy 803, respectively, under mixed oxidizing/carburizing environment. Prepared samples were exposed isothermally at 800℃ to three different environments ranging from purely oxidizing in air to carburizing environment, using 2%CH₄-H₂ gas mixture, containing trace amount of oxygen impurity (maximum of 100 ppm). Thermogravimetric measurements were used as a primary criterion for performance evaluation. Analytical techniques (SEM/EDS/XRD and X-Ray Mapping) were extensively used to explain the kinetic behavior of both alloys. Haynes 214 exhibited better oxidation resistance than Incoloy 903 in air, because Al₂O₃ (formed on Haynes 214) grows at a slower rate than Cr₂O₃ which form on the surface of Incoloy 803 under the same condition. This is mainly due to the relatively high Al concentration alloy Haynes 214. In case of carburizing environment with oxygen impurity (100 ppm), the behavior is totally reversed. The causes of this behavior are primarily due to the ability of Incoloy 803 to form protective Cr₂O₃ layer, where Haynes 214 is incapable of forming neither Al₂O₃ nor Cr₂O₃ protective layers. Finally, steam has been introduced in the gaseous (carburizing) environment to provide further understanding of the role of oxygen in carburization resistance under mixed environment. The results are some what similar to those obtained in purely oxidizing environment in air, primarily due to the high oxygen partial pressure provided by the steam.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:May 2002
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Al-Aqeeli, Naser M.
Committee Advisor:Allam, Ibrahim M.
Committee Members:Shuaib, Abdelrahman N. and Eleiche, Abdel Salam
ID Code:9754
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:48
Last Modified:25 Apr 2011 09:20

Repository Staff Only: item control page