ارزیابی تاثیر عملیات پیرسازی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه کبالت بر پایه ترکیب Co-Al-W-Ti-Ta

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشکاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های‌ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر.‏

3 کارشناس ارشد مهندسی مواد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22034/frj.2020.232939.1119

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی تاثیر دما و زمان عملیات پیرسازی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید با ترکیب ‏ ‏Co-7Al-7W-4Ti-2Ta‎‏ است. به این منظور شمش سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید با ترکیب مذکور به کمک کوره ‏VIM‏ و ‏VAR‏ ریخته‌گری شد. پس ‏از آن، عملیات پیر‌سازی روی نمونه‌ها در دماهای ‏700، 800 و 900 درجه سانتیگراد طی زمان‌های 8، 16 و 24 ساعت انجام و سپس سرمایش در هوا ‏صورت گرفت. در ادامه، نمونه‌ها تحت بررسی‌های ریزساختاری بوسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی و سختی سنجی قرار گرفتند. نتایج نشان ‏داد که با پیرسازی آلیاژ مورد مطالعه رسوب‌های ‏γʹ‏ جوانه‌زنی و رشد کرده که با زیاد شدن دمای پیرسازی از ‏700 تا 800 درجه سانتیگراد، کسر و اندازه این ‏رسوب‌ها نیز افزایش یافت. لذا حداکثر سختی برای نمونه پیرسازی شده در دمای ‏800 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت بدست آمد. با افزایش دمای ‏پیر‌سازی تا ‏900 درجه سانتیگراد، سختی کاهش یافت که علت آن افزایش رسوب‌گذاری فاز مضر β حاوی ‏Al-Co-Ti‏ و مصرف عناصر تشکیل‌دهنده فاز ‏γʹ‏ و ‏در نتیجه کاهش کسر سطحی این فاز مفید است.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gu Y., Harada H., Cui C., Ping D., Sato A., Fujioka J., New Ni–Co-base disk Superalloys with higher strength and creep resistance, Scripta Materialia, 2006, 9, 815-818.
[2] Bocchini P.J., Microstructure and Mechanical Properties in Gamma (face-centered cubic)+Gamma Prime (L12) Precipitation-Strengthened Cobalt-based Superalloys. Ph.D. Thesis., Northwestern University, 2015.
[3] Yan H.Y., Vorontsov V.A., Dye D., Alloying effects in Polycrystalline γ′ Strengthened Co–Al–W base alloys. Intermetallics, 2014, 48, 44-53.
[4] Bauer A., Neumeier S., Pyczak F., Göken M., Microstructure and Creep Strength of different γ/γ′-Strengthened Co-base Superalloy variants, Scripta Materialia, 2012, 63(12) 1197-1200.
[5] A. Bauer, S. Neumeier, F. Pyczak, R.F. Singer, and M. Göken. Creep Properties of different γ′-Strengthened Co-base Superalloys, Materials Science and Engineering, 2012, 550, 333-341.
[6] Zhu L., Wei C., Qi H., Jiang L., Jin Z., Zhao J.C., Experimental investigation of phase equilibria in the Co-rich part of the Co-Al-X (X= W, Mo, Nb, Ni, Ta) ternary systems using diffusion multiples, Journal of Alloys and Compounds, 2017, 691, 110-118.
[7] Ding X.F., Mi T., Xue F., Zhou H.J., Wang M.L., Microstructure formation in γ–γ′ Co–Al–W–Ti alloys during directional solidification, Journal of Alloys and Compounds, 2014, 599, 159-163.
[8] اطمینان.م، مرکباتی.م، قاضی میرسعید.س.م، بررسی تاثیر عملیات همگن‌سازی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ بر پایه ترکیب Co-Al-W-Ti-Ta، نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی، 1399، 39(1) 103-119.
[9] Aliakbari Sani S., 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(2) 222-233.
[10] McDevitt E.T., Feasibility of Cast and Wrought Co-Al-WX Gamma-prime Superalloys, Materials Science Forum, Trans Tech Publications, 2014, 783, 1159-1164.
[11] Sohrabi, M.J., Mirzadeh H., Estimation of homogenization time for superalloys based on a new diffusional model, Materials Science and Technology, 2020, 36(3) 380-384.
[12] Zhuang X., Lu S., Li L., Feng Q., Microstructures and properties of a novel γ′-strengthened multi-component CoNi-based wrought superalloy designed by CALPHAD method. Materials Science and Engineering, 2020, 780(7) 139219.
[13] Hausmann D., Solís C., Freund L.P., Volz N., Heinemann A., Göken M., Gilles R., Neumeier S., Enhancing the high-temperature strength of a co-base superalloy by optimizing the ɣ/ɣ’ microstructure, Metals, 2020, 3, 321.
[14] Mughrabi H., The importance of Sign and Magnitude of γ/γ′ Lattice Misfit in Superalloys—with special reference to the new γ′-hardened Cobalt-base superalloys, Acta Materialia, 2014, 81,21-29.
[15] Xue F., Zhou H., Chen X., Shi Q., Chang H., Wang M., Ding, X. and Feng, Q., Creep Behavior of a Novel Co-Al-W-base Single Crystal alloy containing Ta and Ti at 982 C. MATEC Web of Conferences, EDP Sciences, 2014, 14, 15002.
[16] Povstugar I., Choi P-Pa., Neumeier S., Bauer A., Zenk C.H., Göken M., Raabe D., Elemental Partitioning and Mechanical Properties of Ti-and Ta-containing Co–Al–W-base superalloys studied by atom probe tomography and nanoindentation, Acta Materialia, 2014, 78, 78-85.
[17] Casas R., Gálvez F., Campos M., Microstructural development of powder metallurgy cobalt-based superalloys processed by field assisted sintering techniques (FAST), Materials Science and Engineering, 2018, 724, 461-468.
[18] Zhou X., Fu H., Zhang Y., Xu H., Xie J., Effect of Ta and Ti on the Solidification Characteristics of Novel γ′-Strengthened Co-base Superalloys, Journal of Alloys and Compounds, 2018, 768, 464-475.
[19] Vorontsov V.A., Barnard J.S., Rahman K.M., Yan H-Y., Midgley P.A, Dye D., Coarsening behaviour and interfacial structure of γ′ precipitates in Co-Al-W based superalloys, Acta Materialia, 2016, 120, 14-23.
[20] Tomaszewska A., Mikuszewski T., Moskal G., Migas D., Primary microstructure, microsegregation and precipitates characterization of an as-cast new type γ-γ′ Co-Al-Mo-Nb cobalt-based superalloy, Journal of Alloys and Compounds, 2018, 750, 741-749.