Thermophysical and Mechanical Properties of Advanced Single Crystalline Co-base Superalloys
سوپرآلیاژ پایه Co تک کریستال گاما و گاما پرایم با حداقل 9 عنصر آلیاژی (Co-Ni-Al-W-Ta-Ti-Hf-Cr-Si-Re) با هدف بدست‌آوردن خواص تقویت‌شده در مقایسه با سوپرآلیاژهای پایه Co-Al-W مطالعه گردید. اولین آلیاژ ERBOCo-0 فازهای مضری را به علت کمبود محتوای Ni تشکیل داد. بنابراین ERBOCo-1 با 12 درصد اتمی بالاتر از محتوای Ni در مقایسه با ERBOCo-0 جهت عریض کردن منطقه‌ی دوفازی گاما و گاما پرایم توسعه پیدا کرد. این آلیاژ خواص قابل قبولی ازقبیل پایداری فاز طولانی مدت، دمای حلالیت بالای گاما پرایم و سازگاری با پوشش‌ها را نشان میدهد. بعلاوه خواص خزشی نیز بسیار امیدوارکننده است. با هدف افزایش بیشتر استحکام خزشی Re به ERBOCo-3 افزوده شد. علاوه بر این ERBOCo-4 شامل محتوای بالاتری از Ti و Ta در مقایسه با ERBOCo-1 جهت افزایش کسر حجمی گاما پرایم بود. در نتیجه اهداف زیر برای این آلیاژها بدست آمد:
دمای حلالیت ERBOCo-1 1174 و کسرهای حجمی گاما پرایم بین 40 و 60 درصد در آلیاژهای بررسی شده در دمای 1050 بدست آمد. محاسبات ترمودینامیکی با استفاده از پایگاه داده TCNI8 به خوبی فازهای تشکیل‌شده و روند چگونگی تأثیر عناصر آلیاژی بر دماهای تغییر و تحول فازی و کسرهای فازی پیش‌بینی کرد، با این حال دمای حلالیت گاما پرایم و کسر حجمی گاما پرایم به شدت کمتر اندازه‌گیری شد. جزءبندی عنصری بررسی شده توسط APT روند یکسانی را برای بیشتر عناصر شناخته شده در سوپرآلیاژهای پایه Ni و Co نشان داد. با این حال اجزاء Re استحکام کمتری به فاز زمینه گاما در مقایسه با سوپرآلیاژهای پایه Ni میدهد. عملیات حرارتی طولانی مدت نشان داد که ERBOCo-1 فازهای TCP را تشکیل نمی‌دهند در حالی که در ERBOCo-0 یا ERBOCo-3 و ERBOCo-4 فازهای کوتاه سوزنی شکل TCP تشکیل می‌شوند. سری کامل ضرایب سفتی الاستیک داده شده برای ERBOCo-1 مدول یانگ بالاتر سوپرآلیاژهای پایه Co را در مقایسه با سوپرآلیاژهای پایه Ni تا حدود 500 را نشان میدهد. انبساط حرارتی ERBOCo-1 ناهنجاری جالبی شروع شده از 600 را نشان میدهد که ممکن است به تغییر در کسر فازی یا سازمان‌دهی اتم‌ها در فاز منظم گاما پرایم وابسته باشد. مقاومت به اکسیداسیون به شدت در مقایسه با آلیاژهای پایه Co-Al-W بدون Cr و Si تقویت شده است. باند پوششی MCrAlY و پوشش بالایی TBC به طور موفقیت‌آمیزی به کار برده شد و تنها کسر کوچکی از فازهای کوتاه TCP در منطقه‌ی بین نفوذی تشکیل می‌شود. پوسته پوسته شدن حتی بعد از 500 ساعت حرارت‌دهی سیکلی پیدا نشد. پوشش‌دهی می‌تواند برای سوپرآلیاژهای پیشرفته‌ی پایه Co جهت محافظت در دماهای بالا استفاده شود. اجزاء Re استحکام کمتری به فاز می‌دهند و خواص خزشی در دمای 1050 را تقویت نمی‌کند، بنابراین Re به عنوان یک عنصر آلیاژی حیاتی برای سوپرآلیاژهای پایه Co در نظر گرفته نمی‌شود. ERBOCo-1 ریف‌هایی عمود بر محور تنش در طول تغییر شکل خزشی فشاری را تشکیل میدهد در حالی که ریزساختار ERBOCo-3 به علت عدم تطابق پایین‌تر گاما/گاما پرایم و بناراین تنش‌های کوهرنسی پایین‌تر، تقریباً بدون تغییر باقی می‌ماند. بررسی‌های STEM تغییرشکل خزشی سریع در ERBOCo-1 و ERBOCo-3 را که عمدتاً در زمینه قرار دارند، نشان داد، با این‌حال Re به نظر می‌رسد انرژی نقص چیدمان را کاهش میدهد و منجر به برش سریع رسوبات در ERBOCo-3 می‌شود.
DOI: 10.1007 s11661-018-4705-1
