پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

تاثیر نحوه سرمایش پس از عملیات حرارتی همگن‌سازی بر ریزساختار و خواص کششی یک سوپر آلیاژ پایه کبالت نسل جدید

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 محقق، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
10.22034/frj.2024.426116.1188
چکیده
سوپرآلیاژهای پایه کبالت نسل جدید به منظور دستیابی به خواص دما بالای بهتر نسبت به سوپرآلیاژهای پایه نیکل و بر پایه استحکام بخشی با استفاده از رسوبات ɣ´ طراحی شده‌اند. در این مطالعه سوپر آلیاژ پایه کبالت نسل جدید با ترکیب Co-28.7Ni-4.26Al-8.2Cr-17.4W-1.51Ti-2.85Ta-0.02C-0.01B (%W)طراحی و ریخته‌گری گردید. دو نمونه در دمای °C1300 به مدت 8 ساعت همگن‌سازی شدند. یک نمونه به صورت مستقیم در هوا سرد گردید (1300-Air) و نمونه دیگر در تا دمای °C900 در کوره و سپس در هوا سرد شد (1300-900-Air). ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سختی و استحکام کششی دمای محیط و دمای بالا (°C800) نمونه‌های همگن شده باهم مقایسه شد. نتایج ریزساختاری نشان داد که نمونه‌ی ریختگی، دارای ریزساختار دندریتی ‌با بازوهای اولیه و ثانویه است که پس از همگن‌سازی از بین می‌رود. نمونه 1300-Air دارای دانه‌های ریزتر و رسوبات پراکنده‌تر بوده و نمونه 1300-900-Air دارای دانه‌های درشت‌تر و رسوبات بهم پیوسته در مرزدانه‌ها است. استحکام دما محیط و دما بالای نمونه‌ی 1300-900-Air به ترتیب 775 و 232 مگاپاسکال و برای نمونه‌ی 1300-Air به ترتیب 1027 و 282 مگاپاسکال هست که می‌توان آن را به دلیل دانه‌های کوچکتر و نحوه‌ی پراکندگی رسوبات مربوط دانست.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Sims C. T., Stoloff N. S., Hagel W. C., superalloys II, vol. 8. Wiley New York, 1987.
[2] Sato J., Omori T., Oikawa K., et al., Cobalt-base high-temperature alloys, Science 2006, 312, 90–91.
[3] Sauza D.J., Dunand D.C., Seidman D.N., Microstructural evolution and high-temperature strength of a γ (fcc)/γ’(L12) Co–Al–W–Ti–B superalloy, Acta Materilia 2023, 174, 427–438.
[4] Mottura A., Janotti A., and Pollock T. M., Alloying effects in the γ′ phase of Co‐based superalloys in Proc. 12 Int. Symp. Superalloys, TMS, 2012, 685–693.
[5] Mottura A., Janotti A., Pollock T. M., A first-principles study of the effect of Ta on the superlattice intrinsic stacking fault energy of L12-Co3 (Al, W), Intermetallics, 2012, 28, 138–143.
[6] Zhao Y., Zhang Y., Zhang Y, et al., Deformation behavior and creep properties of Co-Al-W-based superalloys: A review, Progress in Natural Science: Materials International 2023, 31, 641–648.
[7] Sani S.A., Arabi H., Kheirandish S., Ebrahimi G., Investigation on the homogenization treatment and element segregation on the microstructure of a γ/γ′-cobalt-based superalloy, International Journal of Minerals Metallurgy and Materials, 2019, 26, 222–233.
[8] Yan H.Y., Vorontsov V.A., Dye D., Alloying effects in polycrystalline γ′ strengthened Co–Al–W base alloys, Intermetallics 2014, 48, 44–53.
[9] Sajjadi S.A., Elahifar H.R., Farhangi H., Effects of cooling rate on the microstructure and mechanical properties of the Ni-base superalloy UDIMET 500, Journal of Alloys and Compounds, 2008, 455, 215–220.
[10] Migas D., Roskosz S., Moskal G., Mikuszewski T., Gradoń P., Effect of cooling rate on microstructure, microporosity, and segregation behavior of Co-Al-W alloys prepared by vacuum induction melting, Journal of Materials, 2022, 74, 2951–2963.
[11] Xu H., Zhang Y., Fu H., Xue F., Zhou X., Xie J., Effects of boron or carbon on solidification behavior of Co-Ni-Al-W-based superalloys, Journal of Alloys and Compounds, 2022, 891, 161965.
[12] Costa A.M.S., Oliveria J.P., Salgado M.V., et al. Effect of Ta and Nb additions in arc-melted Co-Ni-based superalloys: microstructural and mechanical properties, Materials Science and Engineering: A, 2018, 730, 66–72.
[13] Tomaszewska A., Moskal G., Migas D., Mikuśkiewicz M., Maciąg T., Thermal parameters determination of Co–Al–W as-cast alloy homogenization by DTA analysis, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2018, 134, 157–164.
[14] Hausmann D., Solis C., Freund L.P., et al., Enhancing the high-temperature strength of a Co-base superalloy by optimizing the γ/γ′ microstructure, Metals, 2020, 10,321, 2020.
[15] Chu C., Li C., Guan Y., Liu Y., Microstructure-dependent coarsening behavior of γ′ precipitates in CoNi-based superalloys, Intermetallics, 2023, 140, 107396.
[16] Hosseini S. A., Abbasi S. M., Zanganeh Madar K., and Yazdi H. M. K., The effect of boron and zirconium on wrought structure and γ-γ′ lattice misfit characterization in nickel-based superalloy ATI 718Plus, Materials chemistry and physics 2018, 211, 302–311.
[17] Povstugar I. Choi P., Neumeier S., et al., Elemental partitioning and mechanical properties of Ti-and Ta-containing Co–Al–W-base superalloys studied by atom probe tomography and nanoindentation, Acta Materilia 2014, 78, 78–85.
[18] Liu J., Yu J. J., Yang Y. H., Zhou Y. Z., Sun X. F., Effects of Mo on the evolution of microstructures and mechanical properties in Co-Al-W base superalloys, Materials Science and Engineering: A 2019, 745, 404–410.
[19] Zhang L., Qu X., Qin M., et al. Microstructural Development and Coarsening Behavior of γ′ Precipitates in Co–Ni–Al–W-Base ODS Alloys, Materials. Transaction 2012, 53, 1922–1928.
[20] Guan Y., Liu Y., Ma Z., Li H., Yu H., Precipitation and coarsening behavior of γ′ phase in CoNi-base superalloy under different aging treatments, Vacuum, 2020, 175, 109247.
[21] Zasadzińska M., Knych T., Smyrak B., Strzępek P., Investigation of the dendritic structure influence on the electrical and mechanical properties diversification of the continuously casted copper strand, Materials, 2020, 13, 5513.
[22] Shen Y. L., Chawla N., On the correlation between hardness and tensile strength in particle reinforced metal matrix composites, Materials Science and Engineering: A, 2001, 297, 44–47.
[23] Hou G., Xie J., Yu J., Sun X., Zhou Y., Room temperature tensile behaviour of K640S Co-based superalloy, Materials Science and Technology 2019, 35, 530–535.
[24] Gao Z., Li S., Liu G., et al., Microstructural Evolution and Tensile Properties of a Corrosion-Resistant Ni-based superalloys used for industrial gas turbines, Crystals, 13(4), 669, 2023.
[25] Wei C. N., Bor H. Y., Ma C. Y., Lee T. S., A study of IN-713LC superalloy grain refinement effects on microstructure and tensile properties. Materials chemistry and physics, 2003, 80, 89-93.
]26] Wei C. N., Bor H. Y., Chang M., The effects of carbon content on the microstructure and elevated temperature tensile strength of a nickel-base superalloy, Materials Science and Engineering: A, 2010, 527, 3741-3747.
دوره 8، شماره 2 - شماره پیاپی 25
پاییز و زمستان
پاییز 1403
صفحه 89-97

  • تاریخ دریافت 29 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 30 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 30 تیر 1403