28099

تأثير نوع عمليات حرارتي بر ريزساختار و خواص كششي يك سوپرآلياژ پايه كبالت جديد (Co-Al-W)

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1398

1401/12/15

دكتر حسين عربي - دكتر سيد حسين رضوي

مهندسي مواد و متالورژي

سوپرآلياژهاي پايه كبالت Co-Al-W كه حاوي رسوبات منظم ′γ هستند در سال‌هاي اخير مورد توجه محققين و صاحبان صنايع قرار گرفته‌اند. در حالي كه استحكام سوپرآلياژهاي پايه كبالت متداول از طريق محلول جامد و رسوب كاربيدها حاصل مي‌شود، استحكام اين سوپرآلياژهاي جديد عمدتاً از طريق رسوب فاز ثانويه‌ي ′γ تأمين مي‌شود. لذا اين سوپرآلياژها مي‌توانند جايگزيني مناسب براي سوپرآلياژهاي پايه نيكل باشند. با توجه به اين كه خواص مكانيكي سوپرآلياژها تا حد زيادي تابع ريزساختار آن‌ها است، لذا يكي از اهداف اصلي پژوهش حاضر، به دست آوردن يك ريزساختار مناسب با استفاده از حرارت‌دهي سريع در عمليات پيرسازي و مقايسه‌ي آن با فرآيند پيرسازي معمول در صنعت با حرارت‌دهي آهسته است. بنابراين بررسي تأثير نوع عمليات حرارتي در فرآيند پيرسازي بر خواص كششي اين آلياژ در اين پروژه مورد نظر قرار گرفت. براي رسيدن به اين هدف، ابتدا آلياژ (%at) Co-9Al-8W با روش ذوب و ريخته‌گري در خلاء توليد شد. پس از انجام عمليات محلول‌سازي، از حمام نمك مذاب براي انجام عمليات حرارتي پيرسازي به عنوان روش حرارت‌دهي سريع استفاده شده و نتايج حاصل از اين فرآيند پيرسازي با نتايج فرآيند پيرسازي با حرارت‌دهي آهسته در كوره‌ي مقاومتي مقايسه شد. نهايتاً تأثير فرآيند پيرسازي بر ريزساختار و خصوصيات ريزساختاري قطعات با آزمايش‌هاي سختي‌سنجي، ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي و طيف‌سنجي پراش پرتو ايكس مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار گرفت. نتايج حاصل از مطالعات و آزمايش‌هاي فوق نشان مي‌دهد كه سختي نمونه‌ي پيرسازي شده به روش حمام نمك مذاب در دماهاي 750 و °C800 پس از يك ساعت برابر با مقدار سختي مشابه روش معمول در دماي °C800 به ترتيب پس از 8 و 4 ساعت پيرسازي مي‌باشد. هم‌چنين كسر حجمي فاز ′γ پس از تنها يك ساعت پيرسازي در حمام نمك مذاب در دماهاي 750 و °C800 به ترتيب برابر با %66 و %63 به دست آمد كه در مقايسه با مقدار %71 براي پيرسازي به روش معمول در دماي °C800 و صرف زمان 24 ساعت، قابل توجه مي‌باشد. با استفاده از نتايج به دست آمده از بررسي ريزساختار و سختي‌سنجي نمونه‌هاي پيرسازي شده، آزمايش كشش گرم بر روي نمونه‌هاي پيرسازي شده در دماي °C800 در حمام نمك مذاب به مدت 1 ساعت و كوره‌ي مقاومتي به مدت 4 ساعت انجام شد. نتايج به دست آمده نشان داد كه با وجود يكسان بودن سختي دو نمونه‌ي مورد آزمايش، نمونه‌ي پيرسازي شده در حمام نمك مذاب MPa 78 استحكام كششي بالاتري دارد. حالت شكست در هر دو نمونه به صورت برشي يا شبه ترد تشخيص داده شد كه البته در حين آزمايش، صفحات برش خورده دچار اندكي اعوجاج شده و از حالت صافي به صورت ناصاف درآمده‌اند و يك توپوگرافي شبه‌تپه‌اي را به خود گرفته است.

1402/01/20

The Effect of Heat Treatment on the Microstructure and Tensile Properties of a New Cobalt-base Superalloy (Co-Al-W)

3/5/2024 12:00:00 AM

Co-Al-W cobalt-base superalloys containing ordered γ′ precipitates, have attracted the attention of researchers and various industries during the last decades. While the strength of conventional cobalt-base superalloys is obtained through solid solution and precipitation of carbides, the strength of these new superalloys is mainly provided through the precipitation of γ′ secondary phase. This group of the alloys can be considered as an alternative for nickel-base alloys. Since the mechanical properties of superalloys are largely dependent on their microstructure, one of the main goals of this research is to obtain a suitable microstructure through heat treatment, by using rapid heating during aging and comparing the microstructure with those of conventional aging treatment. Also, the effect of heating rate during aging on the tensile properties of this alloy has been investigated in this project. For this purpose, the Co-9Al-8W alloy was cast in vacuum induction melting furnace (VIM). Then after the solution heat treatment, the samples were subjected to two types of aging, one was a rapid salt bath aging and the other, was a normal aging cycle in resistance furnace. Finally, the age-hardening behavior as well as the microstructural characteristics of the samples were studied, using hardness testing, optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction analysis (XRD). The results illustrated that the hardness of the samples aged in salt bath at 750 and 800°C after one hour is equal to the hardness obtained by the conventional aging at 800°C after 8 and 4 hours of aging, respectively. Furthermore, the volume fraction of γ′ after only one hour of aging in salt bath at 750 and 800°C was found to be 66% and 63%, respectively; which in comparison to those obtained in conventional aging, i.e 71%; at 800°C after 24 hours are very significant. On the base of the results obtained from the analysis of the microstructure and hardness of the aged samples, a hot tensile test was designed and performed on the samples aged at 800°C in the salt bath for 1 hour and in the resistance furnace for 4 hours. The results showed that despite the same hardness of the two tested samples, the sample aged in salt bath has a higher tensile strength of 78 MPa, which was 26% more than that the other sample. The failure mode of both samples was identified as shear or quasi-brittle.

سوپرآلياژ Co-Al-W , رسوبات ′γ , حرارت‌دهي سريع , فرآيند پيرسازي , ريزساختار , مكانيزم شكست

Co-Al-W Superalloy , γ′ Precipitates , Rapid Heating , Aging Treatment , Microstructure , Fracture Mechanism

hossein rafieyan bahabadi

dr. hossein arabi - dr. seyed hossein razavi