عناصر آلیاژی و اثرات آنها بر ریزساختار سوپرآلیاژها

تنوع خواص سوپر آلیاژها (در یک ترکیب شیمیایی مشخص) معمولا با ترکیب شرایط محصول (ریخته یا کارشده) و عملیات حرارتی پس از آن گسترش می یابد. ترکیب شیمیایی آلیاژ در رسیدن به یک سطح استحکام و مقاومت خوردگی اهمیت دارد، ولی فرآیند تولید نقش اساسی در رسیدن به خواص بهینه سوپرآلیاژ دارد. ساختار بلوری در طی فرآیند تولید ایجاد می شود. تغییرات ریز ساختار با انحلال تمام یا بخشی از کاربید ها و فاز های رسوبی بین فلزی (مانند ′γ و δ) و سپس توزیع مجدد آنها در یک شکل مناسب دیگر ایجاد می شود. اندازه دانه در آلیاژهای ریخته تابع مستقیمی از فرآیند ریخته گری است. اندازه دانه آلیاژهای کار شده در محدوده گسترده تری تغییر می یابد. اندازه دانه آلیاژهای کارشده نسبت به آلیاژهای ریخته کوچکتر است. ریز ساختار نه تنها شامل اندازه دانه و مورفولوژی بلکه شامل نوع وتوزیع فازهای ثانویه در زمینه آستنیتی سوپرآلیاژ است.

عناصر اصلی در سوپر آلیاژها

سوپرآلیاژها دارای عناصر گوناگون و با ترکیب های متفاوت برای ایجاد اثرات مطلوب هستند. محدوده مجاز عناصر آلیاژی اصلی و بعضی از عناصر آلیاژی در سوپرآلیاژها را می توان در جدول زیر مشاهده کرد:

 عناصر جزئی مفید در سوپرآلیاژها

عناصر جزئی (B، C) برای تشکیل کاربید و بورید اضافه می شوند. تعدادی از عناصر (B، Zr، Hf) نیز برای آماده سازی مرزدانه ها، برای تشکیل رسوب ها یا کاربید ها افزوده می شوند. برای بهبود مقاومت خوردگی در بعضی آلیاژها عنصر لانتالیم اضافه شده است. افزودن ایتریم (Y) برای افزایش عمر پوشش آلیاژ انجام می شود.

عناصر تشکیل دهنده فاز های ترد

بعضی عناصر (Co، Re، Mo، W، Cr و ... ) گرچه برای ایجاد کیفیت مطلوب تر آلیاژها اضافه می شوند، ولی در بوجود آوردن بعضی از فاز های نا مطلوب مشارکت می کنند. فاز tcp معمولا ترد و دارای انعطاف پذیری کم است و در صورتی که این تردی بیش از حد معمول باشد باعث کاهش خواص مکانیکی (بعضی مواقع خوردگی) می شود.

عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلیاژها

عناصری نظیر Si، P، S، Pb، Bi، Te، Se، Ag حتی در مقادیر بسیار کم، به اندازه قسمت در میلیون (PPM) اغلب در افت خواص سوپرآلیاژها مشارکت می کنند اما آنها با میکروسکوپ های نوری یا الکترونی دیده نمی شوند. با آنالیز اسپکتروسکوپی و الکترونی نشان داده شده است، که مرزدانه ها در اثر حضور عناصر مضر تغییر می کند. عنصر Mg در اثر ترکیب با گوگرد اثرات ناخواسته آن را حذف می کند. Ti با نیتروژن ترکیب شده و TiN را تشکیل می دهد. در بعضی از موارد این ترکیبات و نظایر آن در ریز ساختار قابل مشاهده هستند.

ریز ساختار ها

سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن نیکل تکامل تدریجی داشته اند. بعضی از عناصری که در قسمت قبل گفته شد، تغییرات مشخص تری در ریز ساختار بوجود می آورند. تغییرات ریز ساختار تابعی از فرآیند و عملیات حرارتی است. آشکارترین اثرات عناصر بر ریزساختار رسوب فاز های gcp مانند ′γ، تشکیل کاربید ها و فازهای tcp مانند σ است.