پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

اثر سرعت بیرون کشی در انجماد جهتداربریجمن بر ریزساختار سوپرآلیاژ پایه کبالت – نیکل نسل جدید

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع مواد و فناوریهای ساخت.‏
2 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع مواد و فناوریهای ساخت.‏
3 کارشناس ارشد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع مواد و فناوریهای ساخت
10.22034/frj.2023.357476.1163
چکیده
‏ سوپرآلیاژهای پایه کبالت- نیکل نسل جدید حاوی رسوبات ´γ، به دلیل دارا بودن خواص استحکامی و مقاومت به خوردگی بالاتر نسبت به سوپرآلیاژهای پایه نیکل، مورد توجه قرار گرفته‌اند. در پژوهش حاضر، به بررسی اثر سرعت بیرون کشی در فرایند انجماد جهتدار به روش بریجمن بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه کبالت- نیکل نسل جدید پرداخته شده است. بدین منظور از فرایند انجماد جهتدار بریجمن برای رشد جهتدار نمونه‌ها، تحت خلا در سرعت‌های بیرون کشی 5/1، 3 و mm/min6 استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که در تمام سرعت‌ها ساختار جهتدار حاصل شد و با افزایش سرعت بیرون کشی فاصله بین بازوهای دندریت اولیه از 176 به 147 میکرومتر، فاصله بازوهای دندریتی ثانویه از 90 به 55 میکرومتر و اندازه رسوبات ´γ از 4/6 به µm5/4 کاهش می‌یابد. این تغییرات به دلیل تغییر مکانیزم انتقال حرارت در نزدیکی سطح مبرد و ارتفاع بالاتر از سطح مبرد و همچنین افزایش دمای فوق تبرید و کاهش زمان انجماد با افزایش سرعت بیرون کشی است که ریز ساختار را از دندریتی خشن به دندریتی ظریف تبدیل می‌کند. نتایج سختی نمونه‌ها با افزایش سرعت بیرون کشی از 5/1 به 3 و mm/min6 به ترتیب از 371 به 375 و (HV) 393 افزایش یافته است. افزایش سختی می‌تواند به دلیل منظم‌تر شدن ساختار و کاهش اندازه رسوبات ´γ باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Jin M., Miao N., Zhao W., Structural stability and mechanical properties of Co3 (Al, M)(M= Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W) compounds, Computational Materials Science, 2018, 148, 27-37.
[2] Ding X., Mi T., Xue F., Microstructure formation in γ–γ′ Co–Al–W–Ti alloys during directional solidification, Journal of Alloys and Compounds, 2014, 599, 159-63.
[3] Yan H., Vorontsov V., Dye D., Alloying effects in polycrystalline γ′ strengthened Co–Al–W base alloys, Intermetallics, 2014, 48, 44-53.
[4] Torfeh M., Mirbagheri M., Aghazadeh J., Investigation of heat transfer coefficients effects in directional solidification of GTD111 super-alloy, Founding Research Journal, 2019, 3, 11-20.
[5] Leidermark D., Crystal plasticity and crack initiation in a single-crystal nickel-base superalloy, Ph.D. Thesis, Linköping University, Institute of Technology, 2011.
[6] Heydari A., Mostafapour S., Kermanpur A., Design and manufacture of a laboratory directional solidification rig for superalloys via Bridgman method under vacuum, National Vacuum Conference Iran, Tehran, 2012.
[7] Ghanbari M., Shabestari S., Aboutalebi M., Numerical and experimental evaluation of stray grains formation during single crystal growth, Journal of Metallurgical and Materials Engineering, 2017, 28, 13-26.
[8] McCartney D., Hunt J., Measurements of cell and primary dendrite arm spacings in directionally solidified aluminium alloys, Acta Metallurgica, 1981, 29, 1851-63.
[9] Kurz W., Fisher D., Dendrite growth at the limit of stability,  tip radius and spacing, Acta Metallurgica, 1981, 29, 11-20.
[10] Ding X., Mi T., Xue F., Microstructure formation in γ–γ′ Co–Al–W–Ti alloys during directional solidification, Journal of Alloys Compounds, 2014, 599, 159-63.
[11] Tsunekane M., Suzuki A., Pollock T., Single-crystal solidification of new Co–Al–W-base alloys, Intermetallics, 2011, 19, 636-43.
[12] Qu S., Li Y., He M., Microstructural evolution and compression property of a novel γʹ-strengthened directionally solidified CoNi-base superalloy, Materials Science and Engineering: A, 2019, 761, 138034.
[13] Lian Y., Gao L., Hu P., Yin Q., Wang X., Wen Z., Wang J., Effect of withdrawal rate on the microstructure and mechanical properties of a novel monocrystalline CoNi-based superalloy, Materials Today, 2022, 30, 103053.
[14] Yu Z., Liu L., Zhao X., Zang W., Zang J. Fu H., Effect of solidification rate on MC-type carbide morphology in single crystal Ni-base superalloyAM3, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20, 1835-40.
[15] Zhao X., Liu L., Yu Z., Zang W., Zang J. Fu H., Influence of directional solidification variables on the microstructure and crystal orientation of AM3 under high thermal gradient, Journal of Materials Science, 2010, 45, 6101-7.
[16] Sifeng G., Lin L., Yiku X., Influences of processing parameters on microstructure during investment casting of nickel-base single crystal superalloy DD3, China Foundry, 2012, 9, 159-64.
[17] Caron P., Ramusat C., Optimization of the homogenization and hot isostatic pressing heat treatments of a fourth generation single crystal superalloy, MATEC Web of Conferences, EDP Sciences, 2014, 13002.
[18] Roskosz S., Staszewski M., Cwajna J., A complex procedure for describing porosity in precision cast elements of aircraft engines made of MAR-M 247 and MAR-M 509 superalloys. Materials Characterization, 2006, 56, 405-13.
[19] Zhou X., Fu H., Zhang Y., Xu H., Xie J., Effect of Al and W Contents on the Solidification and Solution Microstructure of Novel γ/γ′ Cobalt‐Base Superalloys. Advanced Engineering Materials. 2019, 21, 1900641
 [20] Zhou X., Fu H., Zhang Y., Effect of Ta and Ti on the solidification characteristics of novel γ′-strengthened Co-base superalloys, Journal of Alloys Compounds, 2018, 768, 464-75.
[21] Zhu L., Wei C., Jiang L., Experimental determination of the phase diagrams of the Co-Ni-X (X= W, Mo, Nb, Ta) ternary systems using diffusion multiples, Intermetallics, 2018, 93, 20-9.
[22] Shi L., Yu J., Cui C., Microstructural stability and tensile properties of a Ti-containing single-crystal Co–Ni–Al–W-base alloy, Materials Science and Engineering: A, 2015, 646, 45-51.
[23] 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 Compounds, 2018, 768, 464-75.
[24] Turnbull D., Formation of crystal nuclei in liquid metals, Journal of Applied Physics, 1950, 21, 1022-28.
[25] Anton D., Giamei A., Porosity distribution and growth during homogenization in single crystals of a nickel-base superalloy, Materials Science and Engineering, 1985, 76, 173-80.
دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 22
بهار و تابستان
بهار 1402
صفحه 5-14

  • تاریخ دریافت 02 شهریور 1401
  • تاریخ بازنگری 09 اردیبهشت 1402
  • تاریخ پذیرش 19 اردیبهشت 1402