सुपरलॉय: Difference between revisions

[[Image:Turbinenschaufel RB199.jpg|thumb|right|निकेल सुपरअलॉय जेट इंजन ([[ RB199 ]]) टर्बाइन ब्लेड]]एक सुपरऑलॉय, या उच्च-प्रदर्शन [[ मिश्र धातु ]], एक मिश्र धातु है जो इसके गलनांक के एक उच्च अंश पर काम करने की क्षमता रखता है।<ref name=":3">{{cite book |doi=10.7449/1984/Superalloys_1984_399_419 |chapter=A History of Superalloy Metallurgy for Superalloy Metallurgists |title=Superalloys 1984 (Fifth International Symposium) |year=1984 |last1=Sims |first1=C.T. |pages=399–419 }}</ref>एक सुपरएलॉय की प्रमुख विशेषताओं में यांत्रिक शक्ति, थर्मल [[ रेंगना (विरूपण) |रेंगना (विरूपण)]] प्रतिरोध, सतह स्थिरता और [[ जंग |जंग]] और[[ ऑक्सीकरण | ऑक्सीकरण]] प्रतिरोध शामिल हैं।

क्रिस्टल संरचना आम तौर पर [[ चेहरा केंद्रित घन ]] (FCC) [[ austenitic |ऑस्टेनिटिक]] होती है। इस तरह के मिश्र धातुओं के उदाहरण हैं [[ hastelloy |हास्टेलॉय]], [[ Inconel |इनकोनेल]], [[ वास्पलोय ]], [[ रेने 41 ]], [[ इंकोलॉय ]], [[ एमपी98टी ]], टीएमएस मिश्र [[ सीएमएसएक्स एकल क्रिस्टल मिश्र धातु ]]।  

सुपरअलॉय विकास रासायनिक और प्रक्रिया नवाचारों पर निर्भर करता है। गामा प्राइम और कार्बाइड जैसे माध्यमिक चरण अवक्षेपण से [[ ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण ]] और [[ वर्षा सुदृढ़ीकरण ]] के माध्यम से सुपरलॉइज़ उच्च तापमान शक्ति विकसित करते हैं। [[ अल्युमीनियम ]] और [[ क्रोमियम ]] जैसे तत्वों द्वारा ऑक्सीकरण या संक्षारण प्रतिरोध प्रदान किया जाता है। सुपरऑलॉयज को अक्सर एक क्रिस्टल के रूप में डाला जाता है - जबकि अनाज की सीमाएं कम तापमान पर शक्ति प्रदान कर सकती हैं, वे रेंगने के प्रतिरोध को कम करते हैं।

क्योंकि इन मिश्र धातुओं को उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए अभिप्रेत है (अर्थात उनके गलनांक के पास तापमान पर उनके आकार को धारण करना) उनका रेंगना (विरूपण) और ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्राथमिक महत्व के हैं। [[ निकल ]] (नी)-आधारित सुपरऑलॉय इन अनुप्रयोगों के लिए पसंद की सामग्री के रूप में उभरे हैं क्योंकि उनके अद्वितीय γ' अवक्षेप हैं।<ref name=":3" /><ref name="RCREED"/>{{page needed|date=December 2016}} इन नी-आधारित सुपरऑलॉयज़ के गुणों को कुछ अन्य तत्वों के अलावा सामान्य और विदेशी दोनों के माध्यम से कुछ हद तक सिलवाया जा सकता है, जिसमें न केवल [[ धातुओं ]], बल्कि [[ धातु के रूप-रंग का एक अधातु पदार्थ ]]्स और [[ अधातु ]]्स भी शामिल हैं; क्रोमियम, [[ लोहा ]], [[ कोबाल्ट ]], [[ मोलिब्डेनम ]], [[ टंगस्टन ]], [[ टैंटलम ]], एल्यूमीनियम, [[ टाइटेनियम ]], [[ zirconium ]], [[ नाइओबियम ]], [[ रेनीयाम ]], [[ yttrium ]], [[ वैनेडियम ]], [[ कार्बन ]], [[ बोरान ]] या [[ हेफ़नियम ]] उपयोग किए गए मिश्र धातु परिवर्धन के कुछ उदाहरण हैं। इनमें से प्रत्येक जोड़ को उच्च तापमान अनुप्रयोग के लिए गुणों के अनुकूलन में एक विशेष उद्देश्य की पूर्ति के लिए चुना गया है।

रेंगना प्रतिरोध एक क्रिस्टल संरचना के भीतर [[ अव्यवस्था ]] गति की गति को धीमा करने पर, आंशिक रूप से निर्भर है। आधुनिक नी-आधारित सुपरलॉइज़ में, γ'-Ni₃(Al, Ti) चरण आरेख # अन्य चरण आरेख अव्यवस्था गति में बाधा के रूप में कार्य करता है। इस कारण से, यह γ '[[ इंटरमेटेलिक ]] चरण, जब उच्च मात्रा के अंशों में मौजूद होता है, तो इसकी व्यवस्थित प्रकृति और γ मैट्रिक्स के साथ उच्च सुसंगतता के कारण इन मिश्र धातुओं की ताकत में भारी वृद्धि होती है। [[ अल्युमीनियम ]] और टाइटेनियम के रासायनिक जोड़ γ' चरण के निर्माण को बढ़ावा देते हैं। γ' चरण के आकार को गर्मी उपचार को मजबूत करने वाली सावधान वर्षा द्वारा ठीक से नियंत्रित किया जा सकता है। दो-चरण ताप उपचार का उपयोग करके कई सुपरऑलॉयज़ का उत्पादन किया जाता है जो प्राथमिक चरण के रूप में जाने वाले क्यूबाइडल γ' कणों का फैलाव बनाता है, इनके बीच द्वितीयक γ' के रूप में जाना जाता है। इन मिश्र धातुओं के ऑक्सीकरण प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए अल, सीआर, बी और वाई को जोड़ा जाता है। अल और सीआर ऑक्साइड परतें बनाते हैं जो सतह को निष्क्रिय करते हैं और सुपरऑलॉय को आगे के ऑक्सीकरण से बचाते हैं जबकि बी और वाई का उपयोग इस ऑक्साइड स्केल के आसंजन को सब्सट्रेट में सुधारने के लिए किया जाता है।<ref>{{cite journal | last1 = Klein | first1 = L. | last2 = Shen | first2 = Y. | last3 = Killian | first3 = M. S. | last4 = Virtanen | first4 = S. | year = 2011 | title = Effect of B and Cr on the high temperature oxidation behaviour of novel γ/γ′-strengthened Co-base superalloys | journal = Corrosion Science | volume = 53 | issue = 9| pages = 2713–720 | doi=10.1016/j.corsci.2011.04.020}}</ref> Cr, Fe, Co, Mo और Re सभी तरजीही रूप से γ मैट्रिक्स का विभाजन करते हैं जबकि Al, Ti, Nb, Ta, और V तरजीही रूप से γ' के अवक्षेप और ठोस विलयन मैट्रिक्स को मजबूत करते हैं और क्रमशः अवक्षेपित होते हैं। ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण के अलावा, यदि अनाज की सीमाएं मौजूद हैं, तो कुछ तत्वों को अनाज की सीमा को मजबूत करने के लिए चुना जाता है। B और Zr अनाज की सीमाओं को अलग करने की प्रवृत्ति रखते हैं जो अनाज की सीमा ऊर्जा को कम करता है और इसके परिणामस्वरूप बेहतर अनाज सीमा सामंजस्य और लचीलापन होता है।<ref>{{cite journal | last1 = Shinagawa | first1 = K. | last2 = Omori | first2 = Toshihiro | last3 = Oikawa | first3 = Katsunari | last4 = Kainuma | first4 = Ryosuke | last5 = Ishida | first5 = Kiyohito | year = 2009 | title = Ductility Enhancement by Boron Addition in Co–Al–W High-temperature Alloys | journal = Scripta Materialia | volume = 61 | issue = 6| pages = 612–15 | doi=10.1016/j.scriptamat.2009.05.037}}</ref> अनाज की सीमा को मजबूत करने का एक अन्य रूप C और एक कार्बाइड फॉर्मर, जैसे Cr, Mo, W, Nb, Ta, Ti, या Hf के अतिरिक्त के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जो अनाज की सीमाओं पर कार्बाइड की वर्षा को बढ़ाता है और इस तरह अनाज की सीमा फिसलने को कम करता है।

|+Ni-based superalloy compositions<ref name=":3" /><ref>{{Cite journal|last=Giamei|first=Anthony|title=Development of Single Crystal Superalloys: A Brief History|url=https://www.asminternational.org/documents/10192/6019788/amp17109p26.pdf/3def4e97-ace9-47e4-8661-2d7bc8f71f84|journal=Advanced Materials & Processes|date=September 2013|pages=26–30|via=asminternational}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Akca|first1=Enes|last2=Gursel|first2=Ali|date=2015|title=A Review on Superalloys and IN718 Nickel-Based INCONEL Superalloy|url=http://pen.ius.edu.ba/index.php/pen/article/viewFile/43/47|journal=Periodicals of Engineering and Natural Sciences|volume=3|issue=1|pages=15–27|via=pen.ius.edu.ba|doi=10.21533/pen.v3i1.43}}</ref>

!Element

!Composition range<br />(weight %)

!Purpose

|These elements form the base matrix γ phase of the superalloy. Ni is necessary because it also forms γ' (Ni{{sub|3}}Al).<br /> Fe and Co have higher melting points than Ni and offer solid solution strengthening. Fe is also much cheaper than Ni or Co.

|Cr is necessary for oxidation and corrosion resistance; it forms a protective oxide Cr{{sub|2}}O{{sub|3}}.

|Al is the main γ' former. It also forms a protective oxide Al{{sub|2}}O{{sub|3}}, which provides oxidation resistance at higher temperature than Cr{{sub|2}}O{{sub|3}}.

|Ti forms γ'.

|''M''C and ''M''{{sub|23}}C{{sub|6}} (''M'' ⁠= ⁠metal) carbides are the strengthening phase in the absence of γ'.

|Boron and zirconium provide strength to grain boundaries. This is not essential in single-crystal turbine blades, because there are no grain boundaries.

|Nb can form γ<nowiki>''</nowiki>, a strengthening phase at lower (below 700&nbsp;°C) temperatures.

|Refractory metals, added in small amounts for solid solution strengthening (and carbide formation). They are heavy, but have extremely high melting points.

 

 

यह गंभीर वातावरण में अनुप्रयोग के लिए लोड-बेयरिंग सह-आधारित सुपरलॉइज़ के एक नए वर्ग के विकास के लिए एक मार्ग प्रदान करता है।<ref>{{cite journal | last1 = Suzuki | first1 = A. | last2 = DeNolf | first2 = Garret C. | last3 = Pollock | first3 = Tresa M. | year = 2007 | title = Flow Stress Anomalies in γ/γ′ Two-phase Co–Al–W-base Alloys | journal = Scripta Materialia | volume = 56 | issue = 5| pages = 385–88 | doi=10.1016/j.scriptamat.2006.10.039}}</ref> इन मिश्रधातुओं में, W 'इंटरमेटेलिक यौगिक' बनाने के लिए महत्वपूर्ण जोड़ है; यह उन्हें अधिक सघन बनाता है (>9.6 g/cm³⁾ नी-आधारित सुपरऑलॉयज़ की तुलना में। हाल ही में γ - γ' कोबाल्ट-आधारित सुपरऑलॉयज़ का एक नया वर्ग विकसित किया गया है जो डब्ल्यू-मुक्त हैं और निकेल-आधारित सुपरलॉइज़ की तुलना में बहुत कम घनत्व है।<ref name=":5">{{cite journal|last1=Makineni|first1=S. K.|last2=Nithin|first2=B.|last3=Chattopadhyay|first3=K. |title=A new tungsten-free γ–γ' Co–Al–Mo–Nb-based superalloy |journal=Scripta Materialia|date=March 2015|volume=98|pages=36–39|doi=10.1016/j.scriptamat.2014.11.009}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Makineni|first1=S. K.|last2=Nithin|first2=B.|last3=Chattopadhyay|first3=K.|title=Synthesis of a new tungsten-free γ–γ′ cobalt-based superalloy by tuning alloying additions|journal=Acta Materialia|date=February 2015|volume=85|pages=85–94|doi=10.1016/j.actamat.2014.11.016}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Makineni|first1=S. K.|last2=Samanta|first2=A.|last3=Rojhirunsakool|first3=T.|last4=Alam|first4=T.|last5=Nithin|first5=B.|last6=Singh|first6=A.K.|last7=Banerjee|first7=R.|last8=Chattopadhyay|first8=K.|title=A new class of high strength high temperature Cobalt based γ–γ′ Co–Mo–Al alloys stabilized with Ta addition|journal=Acta Materialia|date=September 2015|volume=97|pages=29–40|doi=10.1016/j.actamat.2015.06.034}}</ref><ref name=":6">{{cite journal |last1=Reyes Tirado |first1=Fernando L. |last2=Perrin Toinin |first2=Jacques |last3=Dunand |first3=David C. |title=γ+γ′ microstructures in the Co-Ta-V and Co-Nb-V ternary systems |journal=Acta Materialia |date=June 2018 |volume=151 |pages=137–148 |doi=10.1016/j.actamat.2018.03.057 |doi-access=free }}</ref> इस तथ्य के अलावा कि इन नए सह-आधारित सुपरऑलॉय के कई गुण पारंपरिक Ni-आधारित वाले की तुलना में बेहतर हो सकते हैं, Co का भी Ni की तुलना में उच्च पिघलने का तापमान है। इसलिए, यदि उच्च तापमान शक्ति में सुधार किया जा सकता है, तो उपन्यास सह-आधारित सुपरलॉइज़ का विकास जेट इंजन के संचालन तापमान में वृद्धि की अनुमति दे सकता है जिसके परिणामस्वरूप दक्षता में वृद्धि हो सकती है।

नए तत्वों को जोड़ना आमतौर पर ठोस समाधान को मजबूत करने के कारण अच्छा होता है, लेकिन इंजीनियरों को इस बात से सावधान रहने की जरूरत है कि कौन से चरण अवक्षेपित होते हैं। अवक्षेपों को ज्यामितीय रूप से निकट-संकुलित (GCP), फ्रैंक-कैस्पर चरणों | स्थलाकृतिक रूप से निकट-संकुलित (TCP), या कार्बाइड के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। जीसीपी चरण आमतौर पर यांत्रिक गुणों के लिए अच्छे होते हैं, लेकिन टीसीपी चरण अक्सर हानिकारक होते हैं। चूंकि टीसीपी चरण वास्तव में बंद पैक नहीं होते हैं, उनके पास कुछ स्लिप सिस्टम होते हैं और बहुत भंगुर होते हैं। वे अतिरिक्त रूप से खराब हैं क्योंकि वे तत्वों को GCP चरणों से दूर करते हैं। कई तत्व जो γ' बनाने के लिए अच्छे हैं या ठोस समाधान मजबूत करने के लिए टीसीपी अवक्षेपित कर सकते हैं। इंजीनियरों को टीसीपी से परहेज करते हुए जीसीपी को बढ़ावा देने वाले संतुलन को खोजने की जरूरत है।

टीसीपी चरण गठन के साथ मिश्र धातु का एक क्षेत्र कमजोर होगा क्योंकि:<ref name=":7">{{cite journal |last1=Belan |first1=Juraj |title=GCP and TCP Phases Presented in Nickel-base Superalloys |journal=Materials Today: Proceedings |date=2016 |volume=3 |issue=4 |pages=936–941 |doi=10.1016/j.matpr.2016.03.024 }}</ref><ref name=":8">{{cite book |doi=10.7449/2000/Superalloys_2000_767_776 |chapter=Topologically Close Packed Phases in an Experimental Rhenium-Containing Single Crystal Superalloy |title=Superalloys 2000 (Ninth International Symposium) |year=2000 |last1=Rae |first1=C.M.F. |last2=Karunaratne |first2=M.S.A. |last3=Small |first3=C.J. |last4=Broomfield |first4=R.W. |last5=Jones |first5=C.N. |last6=Reed |first6=R.C. |pages=767–776 |isbn=0-87339-477-1 }}</ref>

* टीसीपी चरण आमतौर पर तेज प्लेट या सुई जैसी आकारिकी बनाता है जो आसानी से दरारों को न्यूक्लियेट करता है

मुख्य जीसीपी चरण γ' है। इस चरण के कारण लगभग सभी सुपरऑलॉय नी-आधारित हैं। γ' एक आदेशित L1 है{{sub|2}} (उच्चारण एल-एक-दो), जिसका अर्थ है कि यूनिट सेल के चेहरे पर इसका एक निश्चित परमाणु है, और यूनिट सेल के कोनों पर एक निश्चित परमाणु है। नी-आधारित सुपरऑलॉयज के लिए, इसका मतलब आमतौर पर चेहरों पर नी और कोनों पर टीआई या अल होता है।

एक और अच्छा GCP चरण γ<nowiki></nowiki> है। यह γ के साथ सुसंगत भी है, लेकिन यह उच्च तापमान पर घुल जाता है।

|+Superalloy phases<ref name=":7" /><ref name=":8" />

!Phase

!Classification

!Structure

!Composition(s)

!Appearance

!Effect

|matrix

|disordered FCC

|Ni, Co, Fe and other elements in solid solution

|The background for other precipitates

|The matrix phase, provides ductility and a structure for precipitates

|GCP

|L1{{sub|2}} (ordered FCC)

|cubes, rounded cubes, spheres, or platelets (depending on lattice mismatch)

|The main strengthening phase. γ' is coherent with γ, which allows for ductility.

|Carbide

|Carbide

|FCC