اثر فرايند انجماد جهت دار بر ريزساختار و خواص مكانيكي سوپرآلياژ پايه نيكل تك كريستال نسل دوم CMSX-4

Effect of Directional Solidification on the Microstructure and Mechanical Properties of a 2nd Generation Ni-Base Single Crystal Superalloy CMSX-4

سوپرآلياژ پايه نيكل CMSX-4 بعنوان يكي از آلياژهاي نسل دوم تك‌كريستال، از دهه 1990 ميلادي در توربين‌هاي گازي مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. نمونه‌ها در اين پژوهش از شمش ريختگي سوپرآلياژ CMSX-4 كه توسط روش VIM و VAR ساخته شده بود استفاده شد. كروت‌هاي تك‌كريستال سوپرآلياژ فوق توسط فرايند انجماد جهت دار در كوره خلا به روش بريجمن ساخته شدند. سپس نمونه‌ها تحت عمليات حرارتي حل سازي و پير سختي يكسان قرار گرفتند. ريز‌ساختار ريختگي سوپرآلياژ تك‌كريستال شامل دندريت‌هاي جهت يافته در جهت رشد ترجيحي (001) به همراه مقداري فاز يوتكتيك ׳γ/γ است. در شرايط عمليات حرارتي، ريزساختار ‌‌تك‌كريستال شامل فازهاي منظم مكعبي ׳γ در زمينه آستنيتي به همراه مقدار كمي كاربيد است. مشخصه يابي ميزان انحراف از جهت مرجح رشد دندريت توسط دو روش لاوه و RO-XRD حدود 7 درجه اندازه گيري شد. استحكام كششي نمونه‌هاي عمليات حرارتي شده در شرايط دماي محيط و دماي 870 درجه سانتيگراد به ترتيب براي ساختار ريختگي پلي‌كريستال MPa 1162 و 392 و براي نمونه تك‌كريستال MPa1166 و 1163 بدست آمد. مشاهدات تصاوير SEM نشان داد كه افزايش استحكام گرم سوپرآلياژ تك‌كربستال به واسطه حذف مرز دانه و تغيير مورفولوژي ׳γ در دماي بالا است.

Ni-base super alloy CMSX-4, as the 2nd generation of single crystal alloys, had been used since 1990 in different gas turbine blades. In this research, the samples were prepared from poly crystal ingot alloy which was made with VIM and VAR techniques. The carrot of a single crystal super alloy was made by Bridgman furnace. After casting the same solution and aging treatment were carried out. The cast microstructure of the single crystal super alloy consists of many directed dendrites toward (001) direction with some eutectic phase and a few amounts of carbides. In heat-treated microstructure, all of the γ phases ordered as the cubic shape. The misorientation was determined in order of 6 to 7 degrees by laue and RO-XRD techniques. The tensile strength of CMSX-4 alloy was determined at the temperature of 25 and 870 °C. The results showed that the UTS was 1060 and 390 MPa respectively for polycrystalline and single crystal were 1066 and 1163 MPa. SEM observations confirmed that these behaviors were affected due to grain boundaries and the precipitation’s morphology at high temperatures