سوپر آلیاژهای پایه نیکل

صفحه 1:
Course superalloys Abadan Refinery Modares : Eng Olfati Spring 2015 Nickel Base Alloys 

صفحه 2:
*Crystal structure FCC ¢Atomic number 28 *Atomic weight 58.71 *Density (g.cm-3) 8.89 *Melting point (°C) 1455 ¢ Silvery shiny appearance ٠ High toughness and ductility * Good high and low temperature strength ۰ High oxidation resistance * Good corrosion resistance ¢ Ferro-magnetic 

صفحه 3:
‎Ll‏ ز های تایه تیک ‎Precipitation ‎modification ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 4:
باتوجه به نقشیکه هر کتام از لین‌عناصر در. ‎gslagl Tag a‏ ایه تیکل‌دارند می ولونها را مه نسنه وه زیر تتقسیم بنديكرد الف- كروه اول عناصر تشكيل دهنده قاز زمينه با شبكه كريستالي 800 كه اين عناصر بيشتر متعلق به كروه هاي ينج. شش و هفت جدول تناوبي مي‌باشند و عبارتند آز: نیکل, کروم, کبالت, آهن, موليبدن و تيد گروه ذوم تتنامل عناضري اشنت که تشنکیل "ذهنده:فاز انستحکام بختش گاما يريم بصورت ترکیب 1( بوده و بیشتر متعلق به گروه هاي سوم, چهارم و پنجم جدول تناوبي که شامل عناصر تیتانیم, آلومینیم. نیوبیم, تانتالم و هافنیم مي‌باشد. گروه سوم عناصر تولید کننده رسوب در مرزدانه نظیر بور, کرین, زیرکونیم که از گروه هاي دوم. سوم و چهارم جدول تناويي هستند 

صفحه 5:
سه گروه اصلی فوق دارای دو زیر گروه نیز می‌باشند که اولی گروه کاربیدزاه ‏ نظیر کروم. مولیبدن» تنگستن, نیوبیم. تانتالم و تیتانیسم و گروه دوم اکسیدزاها نظیر کروم و آلومینیم بوده که سبب تشکیل لایه‌های اکسیدی چسبنده و مقاوم در برابر نفوذ شده و نهایتاً موجب محافظت از آلیاژ در محیطهای خورنده می‌شوند 

صفحه 6:
iol salty ‏علق‎ jot - نیکل: نیکل عمده‌ترین عنصر موجود در ‎ea‏ پایه نیکل و تشکیل دهنده اصلي ساختار آستنيتي گاما ۴06بوده و درصد عمده‌اي از زمینه این آلیازها را به خود اختصاص مي‌دهد. نیکل باعث افزایش چقرمگي و انعطاف پذيري و مقاومت به خوردگي آلیاژ بویژه در محيط‌هاي احیاکننده مي‌شود ببه دلیل ساختار الكتروني خاص شبکه ۳0 نیکل, این عنصر قابلیت حلاليت بالايي براي سایر عناصر دارد ضمن اینکه يكي از ارکان فاز استحکام بخش گاما پریم 

صفحه 7:
:کروم * کروم يكي از عناصر مهم موجود در سوپرآلیاژها بوده که نتب اد لابههاینحاه ظ وروی ی و جلوگتری از خوردگي و نیز تشکیل فازهاي كاربيدي مي‌شود. اين عنصر همچنین مي‌تواند وارد محلول جامد فاز استنیت زمینه شده و از این طریق نیز موجب بالا رفتن استحکام شود. 

صفحه 8:
ALS * این عنصر علاوه بر آنکه با ایجاد محلول جامد مي‌تواند به افزایش استحکام سوپرآلیاژ کمک کند, در سويرآلياژهاي کارپذیر ‎ah‏ نیکل, موجب بالارفتق درجه حرارت حلالیت نیز مي‌شود و از اینرو نقش مهمي در حفظ استحكام در درجه حرارتهاي بالا دارد حذف کبالت از سويرآليازهاي يايه نيكل كاريذير موجب كاهش درجه حرارت کارگرم آلیاژ مي‌شود. همچنین به دلیل تاثیر کبالت ‎rae‏ انحلال کاربیدها, کاهش آن در سوپرآلياژهاي پایه نیکل ريختگي باعث کاهش خواص مکانيكي آنها مي‌شود 

صفحه 9:
* اين عنصر يكي از عناصر تشکیل دکشده فاز مقاومت به خوردگي آلیاژ با ایجاد اکسید آلومینیم در سطوح خارجي مي‌شود 

صفحه 10:
* تپتانیم: تیتانیم نیز يكي از عناصر اصلي تشاکیل دهنده فاز بشكل (811:11) بوده و همجنين باعث افزايش مقاومت به خوردكي داغ آلیاژ مي‌شود 

صفحه 11:
* : لين عناصر شامل مولییدن:تانتلم, نیوبیم و وانادیم بوده از مقادیر چند دهم تا حداکثر 5 در سوپرالياژهاي کارپذیر بایه نیکل حضور دارند. عناصر مذکور نقفش دوگانه‌اي در زمینه استحکام بخشي به محلول جامد و ايجاد كاربيدها مخصوصا 110 و 2/0 ايفا 

صفحه 12:
:زیرکنیم زيرکنيم از جمله عناصري است که باعث افزایش قابلیت انعطاف پذيري سوپرآلیاژها مي شود. . این عنصر , به همراه ‎oy‏ باعث افزاییش مقاومت خزشي و همجنين سبب بهبود خواص كششي و خواص تنش گسيختگي آلیاز مي‌شود. 

صفحه 13:
:کرین میزان کربن در سوپرآلياژهاي پایه نیکل تقریباً در حدود 1/0 درصد بوده و اثرات زیر را در آلیاژ دارد: - افزایش استحکام مرزدانه ناشي از تشکیل کاربید - افزايیش پايداري با خارج شدن عناصر فعال از - کاهش چکش خواري و افزايش درصد تخلخل با افزايش درصد کربن 

صفحه 14:
wir polis * علاوه بر عناصر اصلي که در بالا ارائه شده مقداري از عناصر نیز بصورت جزئي حضور دارند که اندازه گيري آنها به کلاس مورد نظر بستكي دارد. بطور كلي دو كلاس براي اندازه كيري اين عناصر ذكر شده كه عبارتند | [ 

صفحه 15:
كلاس بندی عناصر جزئی * کلاس 1: در این کلاس بررسي عناصري نظیر بیسموت, سرب, سلنیم, تلوریم و تالیوم مورد نظر مي‌باشد * کلاس 2 : در اين گروه علاوه بر عناصر کلاس 1, عناصر ديگري نظیر آنتیموان, ارسنیک, کادمیم, گالیم, ژرمانیم, طلاء ایندیم, جیوه, پتاسیم, نقره , سدیم , قلع , اورانیم و روي نیز بررسي مي‌شود. درصد اين عناصر نباید از 005/0درصد (00700۰) بیشتر باشد. همچنین مجموع این عناصر نیز نباید از 04/0 درصد (00۳0:۰) فراتر رود 

صفحه 16:
بررسي ريزساختاري ‎SC‏ ‏سوپرالياژهاي پایه نیکل ريختگي * زمینه پیوسته فاز آستنيتي پایه نیکل با ساختار ‎FCC‏ گاما نامیده مي شود. اين فاز معمولاً شامل درصد بالايي از عناصر محلول جامد نظير کبالت, کروم, مولیبدن و تنگستن مي باشد كه باعث استحکام بخشي زمینه سوپرآلیاژ مي‌شوند 

صفحه 17:
دلایل اصلی برای پایداری آليازهاى با زميكة ۱. نیکل توانایی بالایی برای تشکیل آلیاژ با ترکیب پایدار دارد. ۲. آلیاژهای پایه نیکل با افزودن کروم به تشکیل پوسته های محافظ غنی از د2)ران) تمایل پیدا می کنند. این پوسته ها دارای جاهای خالی کاتیونی کمی می‌باشد. بنابراین سرعت نفوذ عناصر فلزی به سمت خارج و سرعت نفوذ اکسیژن, نیتروژن, گوگرد و سایر اجزاء مزاحم به سمت داخل کاهش می‌یاید. 3.در دماهاي بالاتر, این آلیاژها تمایل ب ي به تشکیل پوسته هاي غني از ,یله نشان مي‌دهند که این پوسته ها مقاومت به اکسیداسیون منحصر به فردي دارند 

صفحه 18:
GCP ‏فازهاي‎ * بطوركلي فازهاي موجود در سوپرآلياژهاي پایه نیکل به دو دسته فاز60۳ و 108 تقسیم مي‌شوند. فازهاي ۵0۳ که از نوع فازهاي مفید مي‌باشند شامل کاربيدهاي ۲0, ویرلا, ۷6,0 و فاز که فاز استحکام بخش زمینه است و معمولاً طي عملیات پيرسازي سوپرآلياژهاي ‎aul‏ نیکل بوجود مي‌آید, مي‌باشد و فازهاي 10۳ از نوع فازهاي مضر هستند که در ساختار برخي سویرآلیاژها ایجاد شده و اثرات نامطلوبي را برروي خواص مکانيکي مي‌گذارند. فازهاي ‎TCP‏ ‏معمول در آلياژهاي نیکل 0.۲ و 18765 مي‌باشند 

صفحه 19:
فازكاما يريم ‎٠»‏ رسوب تركيبات ۸8 با ساختار ۳06 با نام گاما پریم در سویرآلیاژها پديده‌اي بسیار مفید مي‌باشد با فرمول شيميايي ((۲,ل۵)دال!, فاز اصلي استحکام بخش در بسياري از سویرآلیاژهاي بايه نیکل بوده و شبکه كريستالي آن از نظر ابعادي اختلاف كمي (در حدود )%65/0-0(( با شبکه كريستالي فاز گاما دارد 

صفحه 20:


صفحه 21:
کاربیدها کاربیدها در سوپرآلیاژها می‌توانند اثرات مفید یا مضری داشته باشند. اين اثرات به نوع. مورفولوئی و چگونگی توزیع کاربیدها بستگی دارد. در تحقیقات اولیه تصور براین بود که کاهش داکتیلیته سوپرآلیاژها ناشی از رسوب کاربیدها در مرزدانه ها می‌باشد, به همین منظور برای جلوگیری از لین امر. راه حل منطقی کاهش کربن به مقدار بسیار کم پيشنهاد شد. هر چند در مطالعات بعدی مث شد که کاهش کربن تا مقادیر زیر ۰ در آلیاژهای ‎Udimet 500 5 Nimonic 80A‏ باعث کاهش شدید عمر خزشی و داکتیلیته می‌گردد. علت این امر به از بین رفتن رسوبات مقاوم کننده مرزدانه‌ای نسبت داده می‌شود. معمولا کاربیدها هم در مرزدلنه و هم در زمینه رسوب می‌نمایند و در پلی كريستالهاء کاربیدهلیی که در مرزدلنه تشکیل می‌شوند ملنع از حرکت مرزدلنه ها شده و باعث استحکام بخشی آلیاژ می‌گردند. 

صفحه 22:
الف - كاربيد 1/10 ب- كاربيد )ولا ج- كاربيد 1/160 د- کاربید ,۸ انواع کاربیدها 

صفحه 23:
y' nodule YMC ‎mc Mogg‏ 1 مورا ‎Avera:‏ 

صفحه 24:
ls TCP ‏زهاي‎ 

صفحه 25:
خواص مكانيكي سوپرآلياژهاي پایه ‎uy .‏ *خواص كششي .تشکیل تشکیل محلول جامد- جاهاي ‎wl‏ ‎“spl‏ رسوبات گام بزايم - عطلیات خرارتي- انداره دانه.فازهاي ۶ - رد 

صفحه 26:
mA mA we = vA wa ‏مس‎ va 7 7 3 a 5 a lie ۱ | ‏نب‎ | » seo) ase ‏عه اس امه‎ a= ۳ : ١ ‏تب‎ 5 “Sm Ditference in Atomic Ear eae ia sau see ‏ت‎ | 3 ‏مه مود‎ ‏ایا تک متیر‎ fr 2 Are Danette emai tam ace Prot ۰ ‏مود رسمه ی‎ Dement Parting 7 TT semen ‏0ك 7 م تسمه‎ Decker, R., Strengthening Mechanisms in Ni Base Superalloys, International Nickel, 1970 

صفحه 27:
ry ‘Composition wove ec ‏كح‎ ‎2 Mae a e a == = 2 Mts SO 1 = oo = 2 ‏مه‎ ‎Bn | REM ‏کم‎ = 2 1 - > =e = Rene | es 2 RP 2 a= = ‏لل‎ | a ‏ا لا‎ 25 ye me ae | ee 3 6 ‏که‎ 5 2S oe = Met Bs te Bt 3 == = & Mies im Bs as a8 ae = 1 Mee oS tie Bets 2a 8 3 1 ‏ها‎ 1 3 2 = = 2 Mee 2 te fe — be — = a ag ia == 3 Mase 2 SB HE ‏هر‎ af? — ame 8 38 ‏ک‎ < < = 3 Mae @ $6 3 He de = = SS == = ‏مس‎ Nigare Gor, ‏كور‎ 1۵ 5 = = ow ~ = = ‏یو‎ ‎eg ce ‏ار دا ما‎ ۳ 1 ome 1 Moe BG eR SS . << ۳ u tee Ge, yw He BB = = == wee 2 te 5 we PS 2 2 ue ‏ا‎ Mae 8 te BP eB 2 oe = pom gana 1 wes 2 ‏و‎ BoP OF 7 wget aga 2 Mt oR SB og ‏ل‎ = te ‏ات‎ ‏ص‎ Nossor ‏صو سوم — 86 و ی سعد 9 وى ووو‎ — = — ۳ En, | HER BE ae ae = tee = = = ‏بو نو میرک و تا اس‎ eam ee Wal 2 a8 gg + BS ie a — te fm = Wee e oe pe 2 FE Is & = Se ome 3 wes 2 3h be we — oR 2 — HR ome fe | dese GG GF ge ae eS ie 305 a a a ‏که هم هه ها‎ a 1 Mis Bs ‏ها‎ ae S8fen = 2 ee ‏ا‎ See ge = SS 1 Meee ‏لا وله‎ BL eK = = a a 111 Se, | Mae #238 ‏مد چ کت‎ ۳ < ٩ ‏لس‎ 05905 1 a =u eS TD Nice Noss 8 ‏سا هه لد‎ === 

صفحه 28:
‘Typical Physical and Mechanical Properties of Nickel Alloys (Metric Units) | ppt Coefficient of Tensile Tensile Yield Thermal Thermal Electrical © Modulus. Strength ۱ ۸ Melting Expansion Conductivity Resistivity of atRoom —_atRloom, UNS: ‏سا‎ Range, ‏اه اه‎ 21°C, at 21°C, Elasticity, Temperature, Temperature, Alloy Nunmber C 00۷6. ۷۷۳۵ juQsem ——21°C,6Pa_ MPa [ ۱۶2 885 1435-146 ۰ 3 71 95 208 48 12 10220۱ ۰ 1085 1435-48 003 71 18 207 39 138 1004400 1880 1298-1388 ۰ 8 2 510 173 582 2 ۱۱04405 ۰. 3630 ۰. 1292-13 ۰ 9 2 510 173 1 mn ۱۷05500 ۰ BA70. ۰ 1315-138 ۰ 7 6 5 173 65 ۳ ۱۱0550 ۰ 142 ۰. 1315-139 ۰ 7 16 5 179 8% 586 106600 ۰ 145 ۰ 1354145 ۰ 3 14 1۳0 201 82 27 ۸100801 ۰ 1055 ۰ 1301130 ۰ 7 7 1205 206 13 338 NoB625 ۰ 042 1287-1348 128 9 1280 207 5 83 ۸073 195 1260-1287 106 we — 206 9 738° Nog708 1055 1334-1370 ۶ 12 4 210 1۳ 1000? ۸07718 ۰ 8199 1260-1336 1300 1 14g 205 1310? 1103 ۸107750 ۰ 128 ۰ 1393-1428 ۰ 8 11 125 24 We 7588 007500 1077 ۰ 1301-1399 ۰ 2 12 12 24 13 758 007041 8219 1315-1371 ng ۳ 133 215 1۳۳ ear 007001 8193 1402-1413 ۰ 2 2 1265 a 1۳ 133° 00 ۱۵۵۵00 ۰ 194 1357-1385 07 1 989 196 ‏ل‎ 76 5 008425 013 ۰ 1371-139 ۰ 1 1 117 193 ei 26 2 008020 8083 1370-1425 9 = 1083 193 21 76 sor Noggor 8221 — 130 = 100 193 17 56 8 1010001 9245 1301-1368 10 11 138 1793 oH 38 came 1110276 8941 1265-1344 ۰ 3 11 195 205 1 0 6 1006007 8304 1200135 135 13 5 192 70 386 N 010003 88539 1301-1398 ۰ 5 11 1388 216 188 310 Ww ۸110004 ۰ 6 1315 13 = — — 248 365 x 006002 8221 «1260-1358 38 a ۳3 197 18 Note Variation “Pure Fe = 9.7. aws ‏مه مسفن‎ 

صفحه 29:
Pure Nickel - Alloy 200 ¢ Food processing equipment * Caustic handling equipment ¢ Chemical Shipping drums ¢ Electrical & electronic parts ¢ Susceptible to graphitization at grain boundaries at elevated temperatures. Alloy 201 * Used for service above 600F because: * Has low carbon which promotes increased resistance to graphitization at elevated temps 

صفحه 30:
Solid Solution Nickel - Copper (400, R-405) * Resistance to Sea Water, chlorination * Naval Application, Chlorination Plants, Water meter parts, pump shafts, feed water heaters Nickel-Chromium (600, 601, 690, 214, 230, G- 30, RS-330) * Corrosion Resistance at Elevated Temp * Furnace muffles, heat treating equipment, nuclear steam tubing, heat exchangers, 20Cb3, N-155, 356) ٠ High Temp Strength, Resistance to Oxidation ٠ Heat exchangers, carborizing fixtures, pickling tank heaters, spent nuclear fuel alamant racnvarv huydroafluoric acid nroadictinn 

صفحه 31:
Solid Solution kel-Molybdenum (B, B-2, N, W) ow temp corrosion resistance, some acids ryogenic Service Chromium-Molybdenum (C-22, C-276, G, S, X, 622, 62 sion resistance at room temp Chromium-Nickel-Tungsten (L-605, 188, S-816, 54Co tive to Copper contamination 

صفحه 32:
Precipitation-Hardenable Alloys Gamma Prime Precipitate Nickel-Copper Alloys (K-500) ۰ Resistant to Sea Water, Chlorine ¢ Pump shafts, impellers, oil well drill collars, electronic components, springs *Sensitive to strain age cracking kel-Chromium (713C, X-750, U-500, R-41, Waspalloy) -Ti-Nb strengthening 0d high temp oxidation is turbine components Jickel-Iron-Chromium (901, X-750) Forging applications generally not welded 

صفحه 33:
AWS Welding Handboo Relative Weldability of PPt Alloys © w100 TITANIUM, % ‘ALUMINUM, % 

صفحه 34:
Thorium Dispersion Strengthened Nickel jickel th Temperature Strength 2rmal Shock Resistance - Used for Turbine componen arta OOK: TD NiCr * High Temperature Strength *Oxidation and Sulfidation Resistance aad Can have considerable loss of strength in weld, due to agglomeration or Fansteel Metals Division Bullet arowth of thoria disnersoid.