دانلود ترجمه مقاله مشخصات اصطکاک مربوط به ابرآلیاژهای برپایه نیکل تک بلوری

1. مقدمه 2. روش آزمایش 3. نتایج و بحث و بررسی 4. نتیجه گیری

مقدمه: ابرآلیاژهای برپایه نیکل به میزان زیادی به عنوان اجزاء سازه ای وساختاری در محیط های دشوار مورد استفاده قرار می گیرند که این بخاطر پایداری عالی آنها (یعنی مقاومت در برابر تنزل مکانیکی و شیمیایی) در دماهای بالا می باشد [1 تا 10]. این ابرآلیاژها عمدتاً بگونه ای ساخته شده اند که تقاضای موتور جت و پره های موتور توربین گازی صنعتی که در دماهای بالغ بر 980 درجه کار می کنند را برآورده کنند [1، 6، 11]. چنین آلیاژهایی شامل محلول جامد برپایه نیکل می باشد که به آن ماتریس γ گفته می شود و دارای پراکندگی ذرات است که به آن γ' گفته می شود. محصولات رسوب، ترکیبات بین فلزی سخت Ni_3 (Al,X) می باشند که X معمولاً Ti، Nb یا Ta می باشد. ماتریس γ (یعنی ساختار بلوری FCC) به میزان زیادی با محصولات رسوب γ' (یعنی ساختار بلوری L1_2 ) همگرا هستند و این امکان را می دهد که ریزساختار سخت شده با رسوب ، در دماهای بالا بسیار پایدار باقی بماند [1، 6]. این یکی از دلایل اصلی است که چنین آلیاژهایی برای کاربرد دما بالا بسیار موفق شده اند. تولید اولیه چنین آلیاژهایی حاوی تقریباً 40% حجمی محصول رسوب است و Waspaloy بسیار پر استفاده یک مثال نوعی از آن است. اما، با افزایش تقاضای دما، مشخص شده که آلیاژهای دارای محصول رسوب 65% حجمی برای دستیابی به تعادل مقاومت در برابر خزش دما باالا و مقاومت کششی، بهینه بوده است [1، 6]. تولید اولیه چنین آلیاژهایی ، چندبلوری بود و معمولاً به شکل قالبی با استفاده از تکنیک های ریخته گری سرمایه گذاری استفاده شدند تا به شکل های پیچیده دست پیدا کنند. در نتیجه، تشخیص داده شد که مقاومت خزشی چنین آلیاژهایی را می توان با حذف مرزهای دانه (یعنی مسیرهای گسیل زیاد) نرمال بر تنش اصلی، بهبود دارد. در نتیجه، این باعث توسعه انجماد جهتی آلیاژهای دانه ستونی و در نتیجه ریخته گری تک دانه ای یا تک بلوری می شود [1، 10]. توسعه فنآوری تک بلوری بوسیله پرات و ویتنی، افزودن عناصر آلیاژی نسوز مانند Ta و Re با بهبود قبلی در عملکرد دمایی را ممکن ساخت. جزئیات بیشتر در مورد جنبه های مختلف ابرآلیاژها را می توان در جای دیگر ملاحظه نمود [1]. ریزساختار محصول رسوب می تواند با استفاده از یک سری عملیات های حرارتی، بصورت طبیع شکل داد و بنابراین یک تعادل بهینه خواص مکانیکی با تغییر آزادانه توالی عملیات حرارتی حاصل کرد. این یک اصل متالرژیکی معمول است که ساختار محصول رسوب ریزتر باعث مواد سخت تر و ساختار محصول رسوب درشتتر باعث مواد نرم تر می شود. برای اکثر کاربردها، ابرآلیاژها با اندازه محصول رسوب متغیر از 3/0 تا 5/0 میکرومتر استفاده می شوند. اما، آگر مواد نرم تر مطلوب باشند، آنگاه آلیاژ را می توان میانگین گیری کرد تا به اندازه محصول رسوب نزدیک به 1 میکرومتر رسید. این حالت نهایی را شرط ابر-اضافه سن زده (SOA) می نامند.

Introduction: Nickel-based superalloys are widely used as structural components in demanding environments due to their excellent stability (i.e., resistance to mechanical and chemical degradation) at elevated temperatures [1–10]. These superalloys were primarily developed to meet the demand of jet engine and industrial gas turbine engine blades operating at temperature in excess of 980 °C [1, 6, 11]. Such alloys consist of nickel-based solid solution, referred to as γ-matrix with a dispersion of precipitates, generally referred to as γ′. The precipitates are hard intermetallic Ni3( Al, X) compounds, where X is typically Ti, Nb or Ta. The γ-matrix (i.e., FCC crystal structure) is largely coherent with the γ′ precipitates (i.e., L12 crystal structure), which allows the precipitationhardened microstructure to remain very stable at high temperatures [1, 6]. This is one of the primary reasons such alloys have been very successful for high-temperature application. The early generation of such alloys contained about 40% by volume of the precipitate, and the most commonly used Waspaloy ® is a typical example of that. However, with increasing temperature demand, it was realized that alloys with 65% precipitate by volume were optimum for achieving a balance of high-temperature creep resistance and tensile strength [1, 6]. The early generation of such alloys was polycrystalline and typically used in cast form using investment casting techniques to achieve complex shapes. Subsequently, it was recognized that creep resistance of such alloys can be further improved by eliminating the grain boundaries (i.e., high diffusion paths) normal to the principal stress. Consequently, this led to the development of directional solidification of columnar grain alloys and eventually single grain or single crystal castings [1, 10]. The development of single crystal technology by Pratt & Whitney allowed addition of refractory alloying elements as Ta and Re with further improvement in temperature performance. More details on various aspects of superalloys can be found elsewhere [1]. The precipitate microstructure can be naturally formed using a series of heat treatments, and thus, an optimum balance of mechanical properties can be achieved by judiciously varying the heat treatment sequence. It is a common metallurgical principle that finer precipitate structure results in harder material and coarser precipitate structure results in softer material. For most applications, superalloys are used with the precipitate size ranging from 0.3 to 0.5μm. However, if softer material is desired then the alloy may be overaged to achieve precipitate size approaching 1μm. This extreme case is referred to as the super-overaged (SOA) condition.