آلياژهاي پايه نيكل از جمله اين مواد هستند كه اين مواد را در طبقه مواد دما بالا قرار ميدهد. استفاده اين آلياژها به سال 1941 در طول جنگ جهاني برميگردد كه براي اولين بار شركت رولزرويس Rolls Royce انگليسي از اين سوپرآلياژها بعنوان پره توربين استفاده نمود. از امروزه سوپرآلياژها تا گستره دمايي بيش از 1000 درجه نيز به خوبي مورد استفاده قرار ميگيرند. گاه تا 15 عنصر متفاوت به اين سوپرآلياژها افزوده ميشود و هركدام ويژگي معيني به سوپرآلياژ ميبخشد. آن زمان اين سوپرآلياژها توسعه ودگرگوني زيادي پيدا كرده اند. قطعات كارشده مورد استفاده به ريختگي با دانه هاي هم محور، دانه هاي ستوني و تك كريستال ها در طول زمان تغيير يافته اند.
است ميزان كروم در اين سوپرآلياژها قابل ملاحظه است و علت مقاومت به خوردگي داغ و اكسيداسيون هم همين درصد بالاي كروم است كه سبب تشكيل اكسيد كروم شده كه اين پوسته اسيدي اين مقاومت را بوجود مي آورد.
كبالت موجود در اين سوپرآلياژ ( كه در Hastelloy X جاي خود را به آهن داده) همان نقش نيكل در سوپرآلياژ را دارد، اما Al و Ti موجود در اين سوپرآلياژ عامل استحكام بخشي به صورت رسوب سختي ميباشد. عناصر ديگر مانند Mo، Cr و W نيز از طريق محلول جامد سبب استحكام بخشي بيشتر اين سوپرآلياژ ميگردد.
عناصر ديگر مانند Ta ، Ti ، Cr و Mo از طريق تشكيل كاربيد و بوريدها در مرز دانه ها سبب بهبود خواص خزشي خواهند شد. اما عناصر ديرگدازي مانند W ، Nb و Hf بدليل نقطه ذوب بالاي آنها سبب جلوگيري از ذوب موضعي در سوپرآلياژ خواهند شد. عنصري مانند Zr نيز سبب بهبود خواص ريختگي سوپرآلياژ خواهد شد.
كبالت موجود در اين سوپرآلياژ ( كه در Hastelloy X جاي خود را به آهن داده) همان نقش نيكل در سوپرآلياژ را دارد، اما Al و Ti موجود در اين سوپرآلياژ عامل استحكام بخشي به صورت رسوب سختي ميباشد. عناصر ديگر مانند Mo، Cr و W نيز از طريق محلول جامد سبب استحكام بخشي بيشتر اين سوپرآلياژ ميگردد.
عناصر ديگر مانند Ta ، Ti ، Cr و Mo از طريق تشكيل كاربيد و بوريدها در مرز دانه ها سبب بهبود خواص خزشي خواهند شد. اما عناصر ديرگدازي مانند W ، Nb و Hf بدليل نقطه ذوب بالاي آنها سبب جلوگيري از ذوب موضعي در سوپرآلياژ خواهند شد. عنصري مانند Zr نيز سبب بهبود خواص ريختگي سوپرآلياژ خواهد شد.
در سوپرآلياژ پايه نيكل (Inconel 738 LC) فاز زمينه كه آستنيت نيكل g¢ است. بعلت وجود رسوبات فراوان به سختي قابل ملاحظه است. g¢ هم كه بصورت مكعبي و رسوبات ريز (اوليه و ثانويه) در ريزساختار قابل ملاحظه است.كاربيد ها هم در مرز دانه g به خوبي قابل تشخيص است.
فاز g زمينه پيوسته آستنيت نيكل ميباشد كه ساختاري FCC دارد. عناصري مانند Cr ، Mo ، W ، Co ، Al و... بصورت محلولي استحكام آنرا افزايش ميدهند. مكانيزم استحكام بخشي به روش محلولي از اختلاف اين عناصر با نيكل ناشي ميشود. از آنجا كه اختلاف اين عناصر با نيكل 1 تا 13% است . لذا اين عناصر كه بصورت جانشيني يا بين نشيني در نيكل حل شده اند ميدان كرنشي در اطراف خود ايجاد كرده كه انرژي اين ميدان كرنشي حركت نابجايي ها را كند ميكند و لذا استحكام را بهبود ميبخشد.
علاوه بر آن در دماهاي بيش از 0.6 نقطه ذوب كه محدوده فعال شدن مكانيزم خزش است و استحكام وابسته به نفوذ است، عناصر موليبدن و تنگستن به آهستگي نفوذ ميكنند و مقاومت به خزش را بهبود ميبخشند.
فاز g¢ در اثر عمليات حرارتي رسوب سختي رسوب ميكند. اين فاز نيز ساختاري FCC دارد و تركيب شيميايي آن از نوع A3B ميباشد كه در آن A عناصري الكترونگاتيو مانند نيكل، كبالت (و آهن) است و B عناصري الكتروپوزيتيو مانند آلومينيوم و تيتانيم هستند.
عدم تطابق رسوب g¢ با زمينه g بسيار كم و حدود 1/0% است كه اين سبب جوانه زني همگن رسوب با انرژي سطحي كمتر و پايداري بسيار بالاست. از طرف ديگر چون اين هم سيمايي بين فاز رسوب و زمينه وجود دارد و رسوب هم فازي بين فلزي و سخت ميباشد، لذا پير سختي سبب ارتقا بسيار استحكام و سختي سوپرآلياژ ميشود.
رسوبات g¢ در طول سرد شدن از دماي پيري رسوب ميكنند كه با افزايش عدم تطابق رسوبات از كروي به سمت مكعبي شكل تغيير حالت ميدهند. اما براي رسوب سختي بيشتر رسوباتي در ابعاد نانو در بين اين رسوبات نيز رسوب داده ميشوند. نمونه هاي سرد شده در كوره از دماي پيري عاري از g¢ ثانويه در كانال هاي ماتريس است. اما نمونه هاي كوئنچ شده از دماي پيري دارايg¢ ثانويه بسيار ريز در كانالهاي زمينه هستند.
كاربيدها فاز ديگري هستند كه در سوپرآلياژها بصورت MC ، M6C ، M23C6 موجود ميباشند كه در اينجا M عناصري فلزي مانند Cr ، Mo، Ti ،Taو ... است. توزيع كاربيدها در مرز دانه بر استحكام در دماي بالا و خواص خزشي سوپرآلياژ تاثير مثبت دارد. اين نكته از آنجا ناشي ميشود كه يكي از مكانيزمهاي خزش لغزش دانه ها بر روي هم ميباشد لذا كاربيدها با تقويت مرز دانه خواص خزشي را بهبود ميبخشند. مورفولوژي ايده آل كاربيدي بصورت زنجيره اي ناپيوسته ميباشد چرا كه زنجيره پيوسته در هنگام شكل پذيري سبب ايجاد ترك مرز دانه اي ميشود و شكل پذيري سوپرآلياژ محدود خواهد شد.
در دماهاي بالا (°1000- 800) تجزيه كاربيد MC روي ميدهد و كاربيدهاي M6C و M23C6 بهمراه فاز g¢ طي واكنشهاي روبرو حاصل ميشوند:
MC + g : g¢ + M23C6
¢ g + MC : M6C + g
فاز g زمينه پيوسته آستنيت نيكل ميباشد كه ساختاري FCC دارد. عناصري مانند Cr ، Mo ، W ، Co ، Al و... بصورت محلولي استحكام آنرا افزايش ميدهند. مكانيزم استحكام بخشي به روش محلولي از اختلاف اين عناصر با نيكل ناشي ميشود. از آنجا كه اختلاف اين عناصر با نيكل 1 تا 13% است . لذا اين عناصر كه بصورت جانشيني يا بين نشيني در نيكل حل شده اند ميدان كرنشي در اطراف خود ايجاد كرده كه انرژي اين ميدان كرنشي حركت نابجايي ها را كند ميكند و لذا استحكام را بهبود ميبخشد.
علاوه بر آن در دماهاي بيش از 0.6 نقطه ذوب كه محدوده فعال شدن مكانيزم خزش است و استحكام وابسته به نفوذ است، عناصر موليبدن و تنگستن به آهستگي نفوذ ميكنند و مقاومت به خزش را بهبود ميبخشند.
فاز g¢ در اثر عمليات حرارتي رسوب سختي رسوب ميكند. اين فاز نيز ساختاري FCC دارد و تركيب شيميايي آن از نوع A3B ميباشد كه در آن A عناصري الكترونگاتيو مانند نيكل، كبالت (و آهن) است و B عناصري الكتروپوزيتيو مانند آلومينيوم و تيتانيم هستند.
عدم تطابق رسوب g¢ با زمينه g بسيار كم و حدود 1/0% است كه اين سبب جوانه زني همگن رسوب با انرژي سطحي كمتر و پايداري بسيار بالاست. از طرف ديگر چون اين هم سيمايي بين فاز رسوب و زمينه وجود دارد و رسوب هم فازي بين فلزي و سخت ميباشد، لذا پير سختي سبب ارتقا بسيار استحكام و سختي سوپرآلياژ ميشود.
رسوبات g¢ در طول سرد شدن از دماي پيري رسوب ميكنند كه با افزايش عدم تطابق رسوبات از كروي به سمت مكعبي شكل تغيير حالت ميدهند. اما براي رسوب سختي بيشتر رسوباتي در ابعاد نانو در بين اين رسوبات نيز رسوب داده ميشوند. نمونه هاي سرد شده در كوره از دماي پيري عاري از g¢ ثانويه در كانال هاي ماتريس است. اما نمونه هاي كوئنچ شده از دماي پيري دارايg¢ ثانويه بسيار ريز در كانالهاي زمينه هستند.
كاربيدها فاز ديگري هستند كه در سوپرآلياژها بصورت MC ، M6C ، M23C6 موجود ميباشند كه در اينجا M عناصري فلزي مانند Cr ، Mo، Ti ،Taو ... است. توزيع كاربيدها در مرز دانه بر استحكام در دماي بالا و خواص خزشي سوپرآلياژ تاثير مثبت دارد. اين نكته از آنجا ناشي ميشود كه يكي از مكانيزمهاي خزش لغزش دانه ها بر روي هم ميباشد لذا كاربيدها با تقويت مرز دانه خواص خزشي را بهبود ميبخشند. مورفولوژي ايده آل كاربيدي بصورت زنجيره اي ناپيوسته ميباشد چرا كه زنجيره پيوسته در هنگام شكل پذيري سبب ايجاد ترك مرز دانه اي ميشود و شكل پذيري سوپرآلياژ محدود خواهد شد.
در دماهاي بالا (°1000- 800) تجزيه كاربيد MC روي ميدهد و كاربيدهاي M6C و M23C6 بهمراه فاز g¢ طي واكنشهاي روبرو حاصل ميشوند:
MC + g : g¢ + M23C6
¢ g + MC : M6C + g
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
