تاثير نرخ سرمايش بر ميزان عدم انطباق شبكه ϓ-ϒ و مورفولوژي رسوبات ϓ در سوپر آلياژ پايه نيكل Udimet500

The Effect of Cooling Rate on γ-γ′ Lattice Misfit and γ′ Morphology in Udimet 500 Nickel-Base Superalloy

سرمايش پيوسته از دماي انحلال ، يكي از مراحل اجتناب ناپذير سيكل هاي عمليات حرارتي سوپر آلياژها است كه مي تواند به تغييرات مورفولوژي ناخواسته رسوبات پايدار ϓ در حين عمليات حرارتي منجر شود. بر اين اساس ، براي بررسي تغييرات مورفولوژي رسوبات ϓ در حين سرمايش پيوسته از دماي انحلال سوپر آلياژ پايه نيكل Udimet 500 ، ابتدا با بررسي ريز ساختار نمونه هاي ك.ئيچ شده از دماهاي مختلف، دماي 1200 درجه سانتيگراد به عنوان دماي انحلال كامل رسوبات ϓ بدست آمد. سپس با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي تغييرات مورفولوژي رسوبات ϓ در حين سرمايش پيوسته از دماي انحلال تحت نرخ هاي سرمايش 0/05 و 0/2 و 1 و 15 و 380oC/min (نمونه سرد شده در هوا) مورد مطالعه قرار گرفتند. در نهايت با بررسي نتايج پراش سنجي اشعه X و محاسبه ميزان عدم انطباق شبكه ϓ-ϒ در حالت آزاد و مقيد ، تاثير كرنش الاستيك حاصل از كوهرنسي فصل مشترك ϓ-ϒ روي آرايش فضايي و مورفولوژي رسوبات ϓ در نمونه هاي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان مي دهند كه با كاهش نرخ سرمايش مورفولوژي رسوبات ϓ از حالت كروي به مكعبي و سپس چند وجهي و گل شكل و در نهايت دندريتي تغيير يافته و بطور همزمان عدم انطباق آزاد ϓ-ϒ افزايش و كرنش الاستيك فشاري روي رسوبات ϓ كاهش مي يابند. علاوه بر آن مقايسه تغيرات عدم انطباق ϓ-ϒ در حالت آزاد و مقيد نشان مي دهد كه كاهش نرخ سرمايش فقط باعث كاهش غلظت محلول در فاز زمينه مي شود و تاثير روي تركيب شيميايي رسوبات ϓ ندارد.

Continues cooling from solution temperature, as a non avoidable stage of heat treatment of the nickel-base superalloys, is one of the effective factors which can affect on morphology of the γ΄ precipitates. So in this research, the morphology of the γ΄ precipitates during continues cooling of a nickel-base superalloy, Udimet 500, was studied using scanning electron microscope and X-ray diffraction technique. Thus at first via microstructural observations of the quenched samples from different high temperatures, the full solution temperature of the alloy was determined as 1200 ºC. Then the full solutioned samples were cooled to ambient temperature by different cooling rates 380 (air cooling), 15, 1, 0.2 and 0.05 ºC/min. The constrained and unconstrained misfits between γ and γ΄ were calculated using their lattice parameters in bulk samples and electrolitically extracted γ΄ powders, respectively. According to the results, the γ-γ΄ unconstrained lattice misfit is increased by decreasing the cooling rate, and correspondingly the  morphologies were changed from spherical to cubic, then flower-like and finally dendritic shape. Also the comparison between the constrained and unconstrained lattice misfits shows that the chemical composition of the γ΄ precipitates does not change by decreasing the cooling rate, while the solute content of the γ matrix phase, hence the concentrated compressive elastic strain over the γ΄ precipitates, are reduced.