بررسی سینتیک رشد رسوبات γ' در سوپرآلیاژ کارسرد شده‌ی Waspaloy

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق، کارشناس ارشد، دانشکده متالورژی مهندسی مواد و متالورژی، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ‌ایران.

2 استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی؛ مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ‌ایران.

چکیده

در این تحقیق تأثیر عملیات حرارتی پیرسازی بر سینتیک رشد رسوبات γ' اولیه در سوپرآلیاژ Waspaloy مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور تسمه نورد سرد شده به ضخامت 1 میلی‌متر مورد ارزیابی قرار گرفت. ابتدا نمونه‌های کارسرد شده، تحت عملیات پایدارسازی در دمای ˚C 845 قرار گرفته و پس از آن نمونه‌ها در دماهای 730، 760 و ˚C800 به مدت زمان‌های 1، 3، 9، 16 و 23 ساعت تحت عملیات پیرسازی قرار گرفتند. ریزساختار سوپرآلیاژ Waspaloy با هدف تعیین سنیتیک رشد رسوبات γ' اولیه، با استفاده از روش‌های متالوگرافی بررسی شده است. نتایج بررسی‌ها نشان داد که سینیتیک رشد ذرات γ' اولیه در محدوده آزمایش از تئوری LSW پیروی نموده و رشد ذرات توسط نفوذ حجمی و از طریق پدیده‌های پیوستگی ذرات و رشد آن‌ها کنترل می‌شود. مقدار انرژی فعال‌سازی اندازه‌گیری شده سوپرآلیاژ Waspaloy برای فرآیند درشت شدن رسوبات γ' که تحت کنترل نوسانات اتمی بوده و فعال شده با گرما است به میزان kJ/ mol265 به دست آمد. این مقدار بسیار نزدیک به انرژی فعال‌سازی لازم برای نفوذ عناصر Ti و Al در زمینه نیکل FCC که به ترتیب برابر با ۲۵۶ و kJ/ mol ۲70 است، می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Growth kinetic of γ̍ Precipitations in cold rolled Waspaloy

نویسندگان [English]

  • Mehdi Oraki 1
  • Masumeh Seifollahi 2
  • Maryam Morakabati 2
  • Adly Akhondzadeh 1
1 M.Sc. Researcher, Faculty of Material & Manufacturing Technologies, Malek Ashar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant professor, Faculty of Material & Manufacturing Technologies, Malek Ashar University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

The effect of temperatures and times of aging heat treatment on the characteristics and growth kinetic of γ̍ Precipitations were investigated in cold rolled Waspaloy superalloy, in this article. The 1 mm cold rolled strap were stabilized at 845 ˚C and then the samples were aged at 730, 460 and 800 ˚C until 23 hours. The microstructure of samples especially γ̍ phases were assessed with optical and scanning electron microscopy. The volume fraction and size of γ̍ particles were measured and analyzed. The microstructural and data analysis results showed that the growth kinetic of γ̍ Precipitations obey the LSW theory and the particle growth controlled via volume diffusion and coalescence of precipitates. The measured activation energy of γ̍ Precipitations that is thermally activated is 265 kJ/mol. This value is about equal to activation energy for diffusion of Al and Ti in FCC Ni that are 270 and 256 kJ/mol, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ni base Waspalloy superalloy
  • Microstructure
  • Ageing
  • Growth kinetic of &gamma
  • ̍ Precipitations
[1] R. C. Reed, "The superalloys fundamentals and applications", Cambridge University Press (2006).
[2] M. J. Donachie," Superalloys a technical guide", Printed in the United States of America ASM International, (2002).
[3] X. Chen, Z. Yao, J. Dong, H. Shen, Y. Wang, "The effect of stress on primary MC carbides degeneration of Waspaloy during long term thermal exposure." Journal of Alloys and Compounds Vol.735, pp.928-937, (2018).
[4] M.C. Kushan, S C. Uzgur, Y. Uzunonat and F. Diltemiz, ALLVAC 718 Plus™ superalloy for aircraft engine applications, Recent Advances in Aircraft Technology, Vol. 4, PP.76-96, (2010).
[5] J.R. Groh, "Effect of cooling rate from solution heat treatment on waspaloy microstructure and properties," Superalloys 1996, pp.621-626, (1996).
[6] S. Meher, S. Nag, J. Tiley, A. Goel, R. Banerjee, Coarsening kinetics of γ′ precipitates in cobalt-base alloys. Acta Materialia, Vol. 61,  pp.4266-4276, 2013.
[7] A.J.Ardell, The effect of volume fraction on particle coarsening theoretical considerations. Acta Metallurgica, Vol.20,  pp.61-71, (1972).
[8] D.J. Chellman, and A.J.Ardell, The coarsening of γ' precipitates at large volume fractions. Acta Metallurgica, Vol. 22, pp.577-588. (1974).
[9] م. زمانی، " بررسی عملیات حرارتی سوپرآلیاژ پایه نیکل U-520"، پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، 1379.
[10] ر. بهرامی، " بررسی عملیات حرارتی سوپرآلیاژ پایه نیکل U-720"، پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، 1381 .
[11] Standard, AMS 5544, "Aerospace Material spacification," ASTM International, (2000).
[12] Standard, AMS 5707J, "Aerospace Material spacification," ASTM International, (2000).
[13]. B. Geddes, "Superalloys: Alloying and Performance: ASM International", pp. 105-158. (2010).
[14] C.G. Garay-Reyes, S.E. Hernández-Martínez, J.L. Hernández-Rivera, et al. Comparative study of Oswald ripening and trans-interface diffusion-controlled theory models: Coarsening of γ′ precipitates affected by elastic strain along a concentration gradient. Metals and Materials International, Vol. 23, pp.298–307, (2017).
[15] A. Baldan, Progress in Ostwald ripening theories and their applications to nickel-base superalloys Part I: Ostwald ripening theories, Journal of Materials Science, Vol .37, pp.2171- 2202, (2002).
[16] B.V.Ivanskii, R.D. Vengrenovich, To the theory of Ostwald ripening in metallic alloys. The Physics of Metals and Metallography, Vol. 117, pp.756–765, (2016).
[17] J.G. Conlon, On a Diffusive Version of the Lifschitz–Slyozov–Wagner Equation, Journal of Nonlinear Science, Vol. 20, pp.463–521, (2010).
[18] H. J. Ryu, S. H. Hong, J. Weber, J. H. Tundermann, Effect of  Elastic Interaction  Energy on Coarsening of γ′ Precipitates in a Mechanically Alloyed ODS Ni-Base Superalloy,  Journal of Materials Science, Vol. 34, pp.329-336, (1999).
[19] H.Wang, D. Liu, Y.Shi, et al. Matrix-Diffusion-Controlled Coarsening of the γ′ Phase in Waspaloy. Metals and Materials International, Vol. 25, pp.1410–1419, (2019).
[20] C. Liu, Y.Li, L .Zhu et al Morphology and kinetics evolution of γ′ phase with increased volume fraction in Ni–Al alloys. Materials Chemistry and Physics, Vol. 217, pp.23–30, (2018).
[21] W.C. Liu, Z.L. Chen and M. Yao, “Effect of Cold Rolling on the Precipitation Behavior of δ Phase in Inconel”, Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 30, pp. 31-40, (1999)
[22]ع. زندگانی، س، ناطق " تغییرات ریزساختار و رشد رسوبات  در اثر عملیات حرارتی طولانی مدت در سوپرآلیاژ پایه نیکل" فصل نامه­ی علمی تخصصی مهندسی مواد مجلسی، سال اول، شماره سوم، 1386.
[23] H.T. Kim, S.S. Chun, X.X. Yao, Y. Fang, J. Choi, Gamma Prime (γ′) Precipitating and Ageing Behaviours in Two Newly Developed Nickel-Base Superalloys, Journal of Materials Science, Vol.32,  pp.4917- 4923. (1997).
[24] A. K. Dwarapureddy, E.Balikci, S.Ibekwe, & A. Raman, Activation energy for growth in single size distribution and the dissolution features of γ′ precipitates in the superalloy IN738LC. Journal of Materials Science, Vol.43, pp. 1802-1810,‏ (2008).
­[25] M. R, Jahangiri, H, Arabi, & S. M. A, Boutorabi, Comparison of microstructural stability of IN939 superalloy with two different manufacturing routes during long-time aging. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol.24, pp.1717-1729, (2014).
[26] X. LI, N. Saunders, and A. P. Miodownik, "The Coarsening Kinetics of  Particles in
Nickel-Based Alloys", Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 33, pp. 3367-3373. (2002).
[27] A.Lavakumar, P.K. Singh, S.Srivastava, S.Kori, and L.A.Kumar, "Gamma prime coarsening behavior of nickel superalloy super cast 247A after prolonged thermal exposures", IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, Vol. 12,  pp. 37–42, (2010).
[28] A.J. Ardell, Trans-interface-diffusion-controlled coarsening of γ′ particles in Ni–Al alloys: commentaries and analyses of recent data. Journal of Materials Science, Vol. 55, pp.14588–14610 (2020).