بررسي فازهاي موجود در يك سوپرآلياژ ريختگي پايه كبالت Co-Al-W با استفاده از روش‌هاي تجربي و نرم‌افزار JMatPro

An Investigation in the Present Phases in a Cast Co-Al-W Cobalt-Base Superalloy Using Experimental Methods and JMatPro Software

تقاضا براي افزايش راندمان توربين‌هاي گازي، محرك اصلي براي توسعه نسل‌هاي جديد مواد دماي بالاست. در اين راستا سوپرآلياژهاي جديد پايه كبالت Co-Al-W حاوي فاز استحكام بخش 'γ كه پتانسيل مناسبي جهت بكارگيري در دماي بالا دارند مورد توجه قرار گرفته‌اند. هدف اصلي اين تحقيق بررسي فازهاي ايجاد شده در يك سوپرآلياژ ريختگي چند عنصري از اين خانواده، با استفاده از روش‌هاي تجربي و نرم‌افزار JMatPro است. به اين منظور پس از طراحي آلياژ، عمليات ريخته‌گري آن در كوره VIM انجام شد. آلياژ با استفاده از SEM-EDS، FE-SEM، XRD و DSC مورد آناليز قرار گرفت. نتايج تجربي نشان داد كه در زمينه آلياژ ريختگي (فاز γ)، تنها فاز 'γ و كاربيدهاي MC (غني از تيتانيم و تنگستن) حضور دارند. نتايج نرم‌افزار به خوبي حضور فازهاي مذكور و دماهاي تشكيل آن‌ها را پيش‌بيني كرد. به علاوه نتايج نرم‌افزار نشان داد كه فاز µ بايد در ريزساختار آلياژ وجود داشته باشد. طبق نتايج و پيش‌بيني‌هاي نرم‌افزار، عمليات حرارتي در دماي 900 درجه سانتيگراد و زمان 48 ساعت انجام شد و فاز غني از تنگستن µ در ريزساختار به وجود آمد. نتايج نشان داد كه از نظر ترموديناميكي تشكيل فاز µ لازم است اما تامين شرايط سينتيكي در تشكيل آن نقش مهمي دارد.

Demand for improvements of efficiency in the gas turbines is a driving force for development of new materials generations. Recently, novel Co-Al-W cobalt-base superalloys containing strengthening γ' phase which are capable of using at high temperature have been subject of intense research. The main purpose of this study is to investigate and evaluate present phases in a multi-components Co-Al-W superalloy by both experimental methods and JMatPro software. An alloy belong to this category was cast in VIM furnace. The samples were characterized by SEM-EDS, FE-SEM, XRD and DSC instruments. In the as cast condition, it was found that the matrix phase (γ) only contained gamma prime phase (γ') and MC carbides (riched in Ti and W elements). The JMatPro software simulated precisely the present phases and their formation temperature. Moreover, the software data demonstrated the μ phase must have presented in the microstructure. According to experimental and simulation results, heat treatment at 900°C for 48 hours was carried out on the alloy which revealed the tungsten-riched μ phase in the microstructure. It was found that the formation of the thermodynamically stable μ phase is restricted depending on the kinetics of the reaction