بخشی از مقاله
چکیده
سرمایش پیوسته از دمای انحلال، یکی از مراحل اجتناب ناپذیر سیکل های عملیات حرارتی سوپرآلیاژها است که می تواند به تغییرات مورفولوژی ناخواسته رسوبات پایدار در حین عملیات حرارتی منجر شود. بر این اساس، برای بررسی تغییرات مورفولوژی رسوبات در حین سرمایش پیوسته از دمای انحلال سوپر آلیاژ پایه نیکل ، ابتدا با بررسی ریزساختار نمونه های کوئنچ شده از دماهای مختلف، دمای1200oC به عنوان دمای انحلال کامل رسوبات بدست آمد.
سپس با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی تغییرات مورفولوژی رسوبات در حین سرمایش پیوسته از دمای انحلال تحت نرخ های سرمایش 0/05، 0/2، 1، 15 و 380oC/min - نمونه سرد شده در هوا - مورد مطالعه قرار گرفتند. در نهایت با بررسی نتایج پراش سنجی اشعه X و محاسبه میزان عدم انطباق شبکه در حالت آزاد و مقید، تأثیر کرنش الاستیک حاصل از کوهرنسی فصل مشترک روی آرایش فضایی و مورفولوژی رسوبات در نمونه های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج نشان می دهند که با کاهش نرخ سرمایش مورفولوژی رسوبات از حالت کروی به مکعبی و سپس چند وجهی و گل شکل و در نهایت دندریتی تغییر یافته و به طور همزمان عدم انطباق آزاد افزایش و کرنش الاستیک فشاری روی رسوبات کاهش می یابند. علاوه بر آن، مقایسه تغییرات عدم انطباق در حالت آزاد و مقید نشان می دهد که کاهش نرخ سرمایش فقط باعث کاهش غلظت محلول در فاز زمینه می شود و تأثیری روی تأثیر نرخ سرمایش بر میزان عدم انطباق ترکیب شیمیایی رسوبات ندارد.
واژههای کلیدی: سوپرآلیاژ پایه نیکل، رسوبات ، عدم انطباق آزاد، عدم انطباق مقید، مورفولوژی، کرنش الاستیک، نرخ سرمایش
مقدمه
سوپرآلیاژها در درجه حرارتهای بالا، استحکام خود را حفظ نموده و از مقاومت به خوردگی، اکسیداسیون و خزش خوبی برخوردارند. مهمترین مکانیزم استحکام بخشی سوپرآلیاژهای پایه نیکل، رسوب گذاری فاز استحکام بخش میباشد که از طریق عملیات حرارتی رسوب سختی محقق میشود. مورفولوژی رسوبات در ریزساختار تحت تأثیر برایند انرژی فصل مشترک و انرژی
کرنشی تغییر می کند.
انرژی کرنشی، خود تحت تأثیر عدم انطباق شبکه در رسوبات هم سیما و نیمه هم سیما، بر هم کنش میدانهای کرنش الاستیک هم سیمایی در کسر های حجمی بالای رسوبات هم سیما و نیمه هم سیما و عدم انطباق حجمی در رسوبات نا هم سیما می باشد . بنابراین مورفولوژی رسوبات متأثر از رشد رقابتی برای کاهش سطح ویژه فصل مشترک و تغییر شکل رسوبات برای حداقل کردن مجموع انرژیهای کرنشی فصل مشترک و بر هم کنشهای الاستیکی آنها می باشد.
رسوبات شکلی را به خود میگیرند که حداقل انرژی سطحی و کرنشی را در واحد حجم رسوب ایجاد میکند. اگر انرژی کرنشی قابل چشم پوشی؛ و انرژی سطحی مستقل از جهت باشد شکل کروی منجر به حداقل انرژی سطحی و کمترین عدم انطباق شبکه میشود. با افزایش عدم انطباق، انرژی کرنشیکاملاً به جهتگیری رسوبات وابسته شده و شکل مکعبی رسوبات باعث حداقل شدن انرژی کرنشی می شود. بر این اساس، بسته به مقدار عدم انطباق مورفولوژی رسوبات با درشت شدن اندازه آنها میتواند از کروی به مکعبی، صفحهای یا دندریتی تغییر پیدا کند.
علت اصلی تغییر عدم انطباق در سوپرآلیاژها تغییر در ترکیب شیمیایی و است که میتواند بر پارامتر شبکه و تأثیر بگذارد و مقدار عدم انطباق / را تحت تاثیر قرار دهد. برای رشد رسوب لازم است که عناصر پایدار کننده خود را از طریق نفوذ از زمینه به فصل مشترک رسوب برسانند و از آنجاییکه نفوذ اتمی تابع زمان است، نرخ سرمایش نقش بسزایی در میزان عدم انطباق دارد. عدم انطباق آزاد1 ناشی از اختلاف ترکیب شیمیایی رسوب و زمینه است و نرخ سرمایش نیز باعث تغییر زمان نفوذ عناصر آلیاژی میشود و لذا تأثیر بسزایی بر میزان عدم انطباق آزاد دارد. در مقایسه با میزان عدم انطباق آزاد، عدم انطباق مقید تغییر کمتری با نرخ سرمایش از خود نشان میدهد که ناشی از کرنش الاستیک فشاری متمرکز روی رسوبات میباشد .
مواد و تجهیزات
در این تحقیق از سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی استفاده شد که ترکیب شیمیایی آن ارائه شده است. نمونه های دیسکی به ضخامت 2 میلی متر برش داده شده و برای عملیات حرارتی و بررسیهای بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. برای بررسی ریزساختاری، نمونه ها در دمای محیط با استفاده از محلول 47% H2SO4 + 12% H3PO4 + 41% HNO3 و اعمال ولتاژ جریان مستقیم 2 ولت تحت حکاکی الکتریکی قرار گرفتند.
