सुपरलॉय: Difference between revisions
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सुपरअलॉय विकास रासायनिक और प्रक्रिया नवाचारों पर निर्भर करता है। गामा प्राइम और कार्बाइड जैसे माध्यमिक चरण अवक्षेपण से [[ ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण |ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण]] और [[ वर्षा सुदृढ़ीकरण |वर्षा सुदृढ़ीकरण]] के माध्यम से सुपरलॉइज़ उच्च तापमान शक्ति विकसित करते हैं। [[ अल्युमीनियम |अल्युमीनियम]] और [[ क्रोमियम |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। | सुपरअलॉय विकास रासायनिक और प्रक्रिया नवाचारों पर निर्भर करता है। गामा प्राइम और कार्बाइड जैसे माध्यमिक चरण अवक्षेपण से [[ ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण |ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण]] और [[ वर्षा सुदृढ़ीकरण |वर्षा सुदृढ़ीकरण]] के माध्यम से सुपरलॉइज़ उच्च तापमान शक्ति विकसित करते हैं। [[ अल्युमीनियम |अल्युमीनियम]] और [[ क्रोमियम |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। | ||
इस तरह के मिश्र धातुओं के लिए प्राथमिक अनुप्रयोग एयरोस्पेस और समुद्री [[ टरबाइन इंजन |टरबाइन इंजनों]] में है। रेंगना | इस तरह के मिश्र धातुओं के लिए प्राथमिक अनुप्रयोग एयरोस्पेस और समुद्री [[ टरबाइन इंजन |टरबाइन इंजनों]] में है। रेंगना सामान्यतः गैस टरबाइन ब्लेड में आजीवन सीमित करने वाला कारक है।<ref>{{cite journal |last1=Carter |first1=Tim J |title=Common failures in gas turbine blades |journal=Engineering Failure Analysis |date=April 2005 |volume=12 |issue=2 |pages=237–247 |doi=10.1016/j.engfailanal.2004.07.004 }}</ref> | ||
सुपर मिश्र धातुओं ने बहुत अधिक उच्च तापमान वाली इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी को संभव बनाया है।<ref name=":3"/> | सुपर मिश्र धातुओं ने बहुत अधिक उच्च तापमान वाली इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी को संभव बनाया है।<ref name=":3"/> | ||
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=== चरण गठन === | === चरण गठन === | ||
ठोस विलयन को मजबूत करने के कारण तत्वों को जोड़ना | ठोस विलयन को मजबूत करने के कारण तत्वों को जोड़ना सामान्यतः मददगार होता है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप अवांछित अवक्षेपण हो सकता है। अवक्षेपों को ज्यामितीय रूप से निकट-संकुलित (जीसीपी), स्थैतिक रूप से निकट-संकुलित (टीसीपी), या कार्बाइड के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। जीसीपी चरण सामान्यतः यांत्रिक गुणों का लाभ उठाते हैं, लेकिन टीसीपी चरण अक्सर हानिकारक होते हैं जीसीपी चरण सामान्यतः 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 पर्ची प्रणाली और भंगुर होते हैं। इसके अतिरिक्त, वे जीसीपी चरणों से तत्वों को "स्कैवेंज" करते हैं। कई तत्व जो γ' बनाने के लिए अच्छे हैं या ठोस विलयन मजबूत करने के लिए टीसीपी अवक्षेपित कर सकते हैं। उचित संतुलन टीसीपी से परहेज करते हुए जीसीपी को बढ़ावा देता है। | ||
टीसीपी चरण निर्माण क्षेत्र कमजोर हैं क्योंकि वे:<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 निर्माण क्षेत्र कमजोर हैं क्योंकि वे:<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> | ||
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* टीसीपी चरण γ मैट्रिक्स के साथ असंगत है | * टीसीपी चरण γ मैट्रिक्स के साथ असंगत है | ||
* टीसीपी चरण एक कमी क्षेत्र से घिरा हुआ है जहां कोई γ' नहीं है | * टीसीपी चरण एक कमी क्षेत्र से घिरा हुआ है जहां कोई γ' नहीं है | ||
* टीसीपी चरण | * टीसीपी चरण सामान्यतः नुकीली प्लेट या सुई जैसी आकारिकी बनाते हैं जो नाभिक दरारें करती हैं | ||
मुख्य जीसीपी चरण γ' है। इस चरण के कारण लगभग सभी सुपरऑलॉय नी-आधारित हैं। γ' एक क्रमित L12 (उच्चारण L-एक-दो) है, जिसका अर्थ है कि यूनिट सेल के सामने पर इसका एक निश्चित परमाणु है, और यूनिट सेल के कोनों पर एक निश्चित परमाणु है। नी-आधारित सुपरऑलॉय | मुख्य जीसीपी चरण γ' है। इस चरण के कारण लगभग सभी सुपरऑलॉय नी-आधारित हैं। γ' एक क्रमित L12 (उच्चारण L-एक-दो) है, जिसका अर्थ है कि यूनिट सेल के सामने पर इसका एक निश्चित परमाणु है, और यूनिट सेल के कोनों पर एक निश्चित परमाणु है। नी-आधारित सुपरऑलॉय सामान्यतः नी को सामने पर और Ti या Al को कोनों पर पेश करते हैं। | ||
एक और "अच्छा" जीसीपी चरण γ<nowiki>''</nowiki> है। यह γ के साथ सुसंगत भी है, लेकिन यह उच्च तापमान पर घुल जाता है। | एक और "अच्छा" जीसीपी चरण γ<nowiki>''</nowiki> है। यह γ के साथ सुसंगत भी है, लेकिन यह उच्च तापमान पर घुल जाता है। | ||
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|FeCr, FeCrMo, CrCo | |FeCr, FeCrMo, CrCo | ||
|दीर्घीभूत ग्लोबुलेस | |दीर्घीभूत ग्लोबुलेस | ||
|इस टीसीपी को | |इस टीसीपी को सामान्यतः सबसे खराब यांत्रिक गुण माना जाता है।<ref name="bowman"/> यह यांत्रिक गुणों के लिए कभी भी वांछनीय नहीं है। | ||
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|μ | |μ | ||
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* गामा प्राइम (γ'): यह चरण मिश्रधातु को मजबूत करने के लिए प्रयुक्त तलछट का गठन करता है। यह Ni<sub>3</sub>(Ti,Al) पर आधारित एक अन्तराधातुक चरण है जिसमें एक आदेशित FCC L1<sub>2</sub> संरचना है।<ref name="bowman" />γ' चरण सुपरऑलॉय के मैट्रिक्स के साथ सुसंगत है जिसमें जाली पैरामीटर होता है जो लगभग 0.5% भिन्न होता है। Ni3(Ti,Al) क्यूब सामने पर Ni परमाणुओं के साथ आदेशित प्रणाली हैं और क्यूब किनारों पर Al या Ti परमाणु हैं। जैसे ही γ' के कण एकत्रित होते हैं, वे घनाकार संरचनाओं को बनाने वाली <100> दिशाओं के साथ संरेखित करके अपनी ऊर्जा अवस्थाओं को कम कर देते हैं।<ref name="sabol" />इस चरण में 600 डिग्री सेल्सियस और 850 डिग्री सेल्सियस के बीच अस्थिरता की एक खिड़की है, जिसके अंदर γ' एचसीपी η चरण में बदल जाएगा। 650 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर अनुप्रयोगों के लिए, γ" चरण को मजबूत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।<ref name="dunand"/> | * गामा प्राइम (γ'): यह चरण मिश्रधातु को मजबूत करने के लिए प्रयुक्त तलछट का गठन करता है। यह Ni<sub>3</sub>(Ti,Al) पर आधारित एक अन्तराधातुक चरण है जिसमें एक आदेशित FCC L1<sub>2</sub> संरचना है।<ref name="bowman" />γ' चरण सुपरऑलॉय के मैट्रिक्स के साथ सुसंगत है जिसमें जाली पैरामीटर होता है जो लगभग 0.5% भिन्न होता है। Ni3(Ti,Al) क्यूब सामने पर Ni परमाणुओं के साथ आदेशित प्रणाली हैं और क्यूब किनारों पर Al या Ti परमाणु हैं। जैसे ही γ' के कण एकत्रित होते हैं, वे घनाकार संरचनाओं को बनाने वाली <100> दिशाओं के साथ संरेखित करके अपनी ऊर्जा अवस्थाओं को कम कर देते हैं।<ref name="sabol" />इस चरण में 600 डिग्री सेल्सियस और 850 डिग्री सेल्सियस के बीच अस्थिरता की एक खिड़की है, जिसके अंदर γ' एचसीपी η चरण में बदल जाएगा। 650 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर अनुप्रयोगों के लिए, γ" चरण को मजबूत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।<ref name="dunand"/> | ||
[[File:Ni3Nb Body Centered Tetragonal.JPG|thumb|γ के लिए क्रिस्टल संरचना (नी<sub>3</sub>नायब) (बॉडी सेंटर्ड टेट्रागोनल)]]* गामा डबल प्राइम (γ"):यह चरण | [[File:Ni3Nb Body Centered Tetragonal.JPG|thumb|γ के लिए क्रिस्टल संरचना (नी<sub>3</sub>नायब) (बॉडी सेंटर्ड टेट्रागोनल)]]* गामा डबल प्राइम (γ"):यह चरण सामान्यतः Ni3Nb या Ni3V है और इसका उपयोग γ' के सापेक्ष कम तापमान (<650 °C) पर Ni-आधारित सुपरऑलॉयज़ को मजबूत करने के लिए किया जाता है। γ" की क्रिस्टल संरचना [[शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल]] (बीसीटी) है, और चरण γ में {001} परिवार के समानांतर γ" में (001) विमानों के साथ 60 एन एम एक्स 10 एन एम डिस्क के रूप में अवक्षेपित होता है। ये [[ असमदिग्वर्ती होने की दशा |असमदिग्वर्ती होने की दशा]] डिस्क शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल अवक्षेप और चेहरे-केंद्रित क्यूबिक मैट्रिक्स के बीच जाली स्थिरांक के परिणामस्वरूप बनती हैं। यह जाली स्थिरांक उच्च सुसंगतता उपभेदों की ओर जाता है, जो एक साथ [[ आदेश सख्त |आदेश सख्त]] होने के साथ-साथ प्राथमिक सुदृढ़ीकरण तंत्र हैं। γ" चरण लगभग 650 डिग्री सेल्सियस से ऊपर अस्थिर है।<ref name="dunand">Dunand, David C. "Materials Science & Engineering 435: High Temperature Materials". Northwestern University, Evanston. 25 February 2016. Lecture.</ref> | ||
* कार्बाइड चरण: कार्बाइड का निर्माण | * कार्बाइड चरण: कार्बाइड का निर्माण सामान्यतः हानिकारक होता है, हालांकि नी-आधारित सुपरऑलॉयज में उनका उपयोग उच्च तापमान पर विरूपण के खिलाफ सामग्री की संरचना को स्थिर करने के लिए किया जाता है। कार्बाइड अनाज की सीमाओं पर बनते हैं, अनाज की सीमा गति को रोकते हैं।<ref name="bowman" /><ref name="sabol" /> | ||
*टोपोलॉजिकली क्लोज़-पैक्ड (टीसीपी) चरण: शब्द "टीसीपी चरण" चरणों के एक परिवार के किसी भी सदस्य को संदर्भित करता है (σ चरण, χ चरण, μ चरण, और लवेस चरण सहित) जो एटॉमिकली क्लोज-पैक्ड नहीं हैं, लेकिन [[ हेक्सागोनल क्लोज-पैक |हेक्सागोनल क्लोज-पैक]] स्टैकिंग के साथ कुछ क्लोज-पैक्ड प्लेन रखते हैं। टीसीपी चरण अत्यधिक भंगुर होते हैं और सुदृढ़ीकरण, ठोस विलयन दुर्दम्य तत्वों (सी आर, सी ओ, डब्ल्यू, और एम ओ सहित) के γ मैट्रिक्स को कम करते हैं। उच्च तापमान (>750 डिग्री सेल्सियस) पर लंबे समय (हजारों घंटे) के बाद गतिकी के परिणामस्वरूप ये चरण बनते हैं<br /> | *टोपोलॉजिकली क्लोज़-पैक्ड (टीसीपी) चरण: शब्द "टीसीपी चरण" चरणों के एक परिवार के किसी भी सदस्य को संदर्भित करता है (σ चरण, χ चरण, μ चरण, और लवेस चरण सहित) जो एटॉमिकली क्लोज-पैक्ड नहीं हैं, लेकिन [[ हेक्सागोनल क्लोज-पैक |हेक्सागोनल क्लोज-पैक]] स्टैकिंग के साथ कुछ क्लोज-पैक्ड प्लेन रखते हैं। टीसीपी चरण अत्यधिक भंगुर होते हैं और सुदृढ़ीकरण, ठोस विलयन दुर्दम्य तत्वों (सी आर, सी ओ, डब्ल्यू, और एम ओ सहित) के γ मैट्रिक्स को कम करते हैं। उच्च तापमान (>750 डिग्री सेल्सियस) पर लंबे समय (हजारों घंटे) के बाद गतिकी के परिणामस्वरूप ये चरण बनते हैं<br /> | ||
=== सह-आधारित सुपरऑलॉयज का इतिहास और विकास === | === सह-आधारित सुपरऑलॉयज का इतिहास और विकास === | ||
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*गामा (γ): यह मैट्रिक्स चरण है। जबकि सह-आधारित सुपरऑलॉय व्यावसायिक रूप से कम उपयोग किए जाते हैं, मिश्रधातु तत्वों में C, Cr, W, Ni, Ti, Al, Ir, और Ta शामिल हैं।<ref name="Sato, J 2006" /><ref name="Cui, C 2006">{{cite journal | last1 = Cui | first1 = C | year = 2006 | title = A New Co-Base Superalloy Strengthened by γ' Phase | journal = Materials Transactions | volume = 47 | issue = 8| pages = 2099–2102 | doi=10.2320/matertrans.47.2099| doi-access = free }}</ref> स्टेनलेस स्टील्स की तरह, क्रोमियम का उपयोग (कभी-कभी 20 wt.% तक) Cr<sub>2</sub>O निष्क्रिय परत के गठन के माध्यम से ऑक्सीकरण और जंग के प्रतिरोध में सुधार करने के लिए किया जाता है, जो गैस टर्बाइनों में उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन Co और Cr की परमाणु त्रिज्या में बेमेल होने के कारण ठोस-घोल को मजबूती प्रदान करता है, और MC-प्रकार के कार्बाइड के निर्माण के कारण अवक्षेपण को सख्त करता है। <ref>{{cite journal |last1=Coutsouradis |first1=D. |last2=Davin |first2=A. |last3=Lamberigts |first3=M. |title=Cobalt-based superalloys for applications in gas turbines |journal=Materials Science and Engineering |date=April 1987 |volume=88 |pages=11–19 |doi=10.1016/0025-5416(87)90061-9}}</ref> | *गामा (γ): यह मैट्रिक्स चरण है। जबकि सह-आधारित सुपरऑलॉय व्यावसायिक रूप से कम उपयोग किए जाते हैं, मिश्रधातु तत्वों में C, Cr, W, Ni, Ti, Al, Ir, और Ta शामिल हैं।<ref name="Sato, J 2006" /><ref name="Cui, C 2006">{{cite journal | last1 = Cui | first1 = C | year = 2006 | title = A New Co-Base Superalloy Strengthened by γ' Phase | journal = Materials Transactions | volume = 47 | issue = 8| pages = 2099–2102 | doi=10.2320/matertrans.47.2099| doi-access = free }}</ref> स्टेनलेस स्टील्स की तरह, क्रोमियम का उपयोग (कभी-कभी 20 wt.% तक) Cr<sub>2</sub>O निष्क्रिय परत के गठन के माध्यम से ऑक्सीकरण और जंग के प्रतिरोध में सुधार करने के लिए किया जाता है, जो गैस टर्बाइनों में उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन Co और Cr की परमाणु त्रिज्या में बेमेल होने के कारण ठोस-घोल को मजबूती प्रदान करता है, और MC-प्रकार के कार्बाइड के निर्माण के कारण अवक्षेपण को सख्त करता है। <ref>{{cite journal |last1=Coutsouradis |first1=D. |last2=Davin |first2=A. |last3=Lamberigts |first3=M. |title=Cobalt-based superalloys for applications in gas turbines |journal=Materials Science and Engineering |date=April 1987 |volume=88 |pages=11–19 |doi=10.1016/0025-5416(87)90061-9}}</ref> | ||
* गामा प्राइम (γ'): मिश्रधातु को मजबूत करने के लिए प्रयुक्त अवक्षेप का गठन करता है।यह | * गामा प्राइम (γ'): मिश्रधातु को मजबूत करने के लिए प्रयुक्त अवक्षेप का गठन करता है।यह सामान्यतः Co<sub>3</sub>Ti या FCC Co<sub>3</sub>Ta की L12 संरचना के साथ बंद-पैक होता है, हालांकि W और AI दोनों इन घनाकार अवक्षेपों में एकीकृत होते हैं। तत्व टा, एनबी और टीआई γ' चरण में एकीकृत होते हैं और इसे उच्च तापमान पर स्थिर करते हैं। <ref name="Sato, J 2006" /><ref>{{cite journal | last1 = Suzuki | first1 = A. | last2 = Pollock | first2 = Tresa M. | year = 2008 | title = High-temperature strength and deformation of γ/γ′ two-phase Co–Al–W-base alloys | journal = Acta Materialia | volume = 56 | issue = 6| pages = 1288–97 | doi=10.1016/j.actamat.2007.11.014}}</ref> | ||
* कार्बाइड चरण: कार्बाइड अवक्षेपण द्वारा मिश्र धातु को मजबूत करते हैं, लेकिन कम तापमान की लोच को कम करते हैं।<ref name="Cui, C 2006" /> | * कार्बाइड चरण: कार्बाइड अवक्षेपण द्वारा मिश्र धातु को मजबूत करते हैं, लेकिन कम तापमान की लोच को कम करते हैं।<ref name="Cui, C 2006" /> | ||
*टोपोलॉजिकली क्लोज-पैक्ड (टीसीपी) चरण कुछ सह-आधारित सुपरलॉइज़ में दिखाई दे सकते हैं, लेकिन मिश्रधातु को भंगुर कर देते हैं और इस प्रकार अवांछनीय हैं। | *टोपोलॉजिकली क्लोज-पैक्ड (टीसीपी) चरण कुछ सह-आधारित सुपरलॉइज़ में दिखाई दे सकते हैं, लेकिन मिश्रधातु को भंगुर कर देते हैं और इस प्रकार अवांछनीय हैं। | ||
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1980 के दशक में आधुनिक सुपरलॉइज़ विकसित किए गए थे। इन मिश्र धातुओं में γ' आयतन अंश को बढ़ाने के लिए पहली पीढ़ी के सुपर मिश्र धातु में एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, टैंटलम और नाइओबियम सामग्री में वृद्धि हुई। पहली पीढ़ी के सुपर मिश्रधातुओं के उदाहरणों में शामिल हैं: PWA1480, रेने N4 और SRR99। इसके अतिरिक्त, γ' अवक्षेप का आयतन अंश मोनोक्रिस्टल ठोसकरण तकनीकों के आगमन के साथ लगभग 50-70% तक बढ़ गया, जिससे अनाज की सीमाओं को पूरी तरह से समाप्त कर दिया गया। क्योंकि सामग्री में अनाज की कोई सीमा नहीं होती है, कार्बाइड अनाज की सीमा को मजबूत करने वाले के रूप में अनावश्यक होते हैं और इस प्रकार समाप्त हो जाते हैं।<ref name="RCREED">{{cite book|author=Reed, R. C|title=The Superalloys: Fundamentals and Applications|year=2008|location=Cambridge|publisher=Cambridge University Press|isbn=9780521070119}}</ref> | 1980 के दशक में आधुनिक सुपरलॉइज़ विकसित किए गए थे। इन मिश्र धातुओं में γ' आयतन अंश को बढ़ाने के लिए पहली पीढ़ी के सुपर मिश्र धातु में एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, टैंटलम और नाइओबियम सामग्री में वृद्धि हुई। पहली पीढ़ी के सुपर मिश्रधातुओं के उदाहरणों में शामिल हैं: PWA1480, रेने N4 और SRR99। इसके अतिरिक्त, γ' अवक्षेप का आयतन अंश मोनोक्रिस्टल ठोसकरण तकनीकों के आगमन के साथ लगभग 50-70% तक बढ़ गया, जिससे अनाज की सीमाओं को पूरी तरह से समाप्त कर दिया गया। क्योंकि सामग्री में अनाज की कोई सीमा नहीं होती है, कार्बाइड अनाज की सीमा को मजबूत करने वाले के रूप में अनावश्यक होते हैं और इस प्रकार समाप्त हो जाते हैं।<ref name="RCREED">{{cite book|author=Reed, R. C|title=The Superalloys: Fundamentals and Applications|year=2008|location=Cambridge|publisher=Cambridge University Press|isbn=9780521070119}}</ref> | ||
बढ़ी हुई तापमान क्षमता के लिए दूसरी और तीसरी पीढ़ी के सुपरअलॉय लगभग 3 और 6 वज़न प्रतिशत रेनियम पेश करते हैं। रे एक धीमा विसारक है और | बढ़ी हुई तापमान क्षमता के लिए दूसरी और तीसरी पीढ़ी के सुपरअलॉय लगभग 3 और 6 वज़न प्रतिशत रेनियम पेश करते हैं। रे एक धीमा विसारक है और सामान्यतः γ मैट्रिक्स को विभाजित करता है, प्रसार की दर को कम करता है (और इस तरह उच्च तापमान रेंगना (विरूपण)) और उच्च तापमान प्रदर्शन में सुधार करता है और क्रमशः दूसरी और तीसरी पीढ़ी के सुपरलॉइज़ में 30 °C और 60 °C तक तापमान बढ़ाता है।<ref>{{cite book|author=Reed, R. C|title=The Superalloys: Fundamentals and Applications|location=Cambridge|publisher=Cambridge University Press|year=2006|isbn=9780521070119|page=121}}</ref> रे γ' चरण के राफ्ट के गठन को बढ़ावा देता है (जैसा कि घनाभ अवक्षेप के विपरीत)। राफ्ट की उपस्थिति पावर-लॉ रेजीमे (अव्यवस्था चढ़ाई द्वारा नियंत्रित) में रेंगने की दर को कम कर सकती है, लेकिन यदि प्रमुख तंत्र कण अपरुपक है तो रेंगने की दर को भी संभावित रूप से बढ़ा सकता है। रे भंगुर [[ फ्रैंक कैस्पर चरणों |फ्रैंक कैस्पर चरणों]] के गठन को बढ़ावा देता है, जिसके कारण Co, W, Mo और विशेष रूप से Cr को कम करने की रणनीति बनाई गई है। नी-आधारित सुपरऑलॉयज की बाद की पीढ़ियों ने इस कारण से सीआर सामग्री को काफी कम कर दिया, हालांकि सीआर में कमी के साथ ऑक्सीकरण प्रतिरोध में कमी आती है। उन्नत कोटिंग तकनीक कम सीआर सामग्री के साथ ऑक्सीकरण प्रतिरोध के नुकसान को ऑफसेट करती है।<ref name="dunand" /><ref name="dunand381">Dunand, David C. "High-Temperature Materials for Energy Conversion" ''Materials Science & Engineering'' 381: Materials for Energy-Efficient Technology. Northwestern University, Evanston. 3 February 2015. Lecture.</ref> दूसरी पीढ़ी के सुपरलॉइज़ के उदाहरणों में PWA1484, CMSX-4 और रेने N5 शामिल हैं। तीसरी पीढ़ी के मिश्र धातुओं में CMSX-10 और रेने N6 शामिल हैं। चौथी, पाँचवीं, और छठी पीढ़ी के सुपरऑलॉयज़ में [[ दयाता |दयाता]] मिलाए जाते हैं, जो उन्हें पहले के री-कंटेनिंग एलॉयज़ की तुलना में अधिक महंगा बनाते हैं। टीसीपी चरणों के प्रचार पर आरयू का प्रभाव अच्छी तरह से निर्धारित नहीं है। शुरुआती रिपोर्टों में दावा किया गया था कि आरयू ने मैट्रिक्स में रे के अतिसंतृप्ति को कम कर दिया और इस तरह टीसीपी चरण के गठन की संवेदनशीलता कम हो गई।<ref name="ohara">O'Hara, K. S., Walston, W. S., Ross, E. W., Darolia, R. US Patent 5482789, 1996.</ref> बाद के अध्ययनों ने विपरीत प्रभाव देखा। चेन, एट, अल, ने पाया कि दो मिश्र धातुओं में केवल आरयू सामग्री (यूएसटीबी-एफ 3 और यूएसटीबी-एफ 6) में महत्वपूर्ण रूप से भिन्नता है कि Ru के अतिरिक्त विभाजन अनुपात के साथ-साथ Cr और Re के γ मैट्रिक्स में अतिसंतृप्ति की दोनों में वृद्धि हुई है, और जिससे टीसीपी चरणों के गठन को बढ़ावा मिला।<ref>{{cite journal|last1=Chen|first1=J. Y.|last2=Feng|first2=Q.|last3=Sun|first3=Z. Q.|title=Topologically close-packed phase promotion in a Ru-containing single crystal superalloy|journal=Scripta Materialia|date=October 2010|volume=63|issue=8|pages=795–798|doi=10.1016/j.scriptamat.2010.06.019}}</ref> | ||
वर्तमान चलन बहुत महंगे और बहुत भारी तत्वों से बचने का है। एक उदाहरण [[ एग्लिन स्टील |एग्लिन स्टील]] है, जो समझौता तापमान सीमा और रासायनिक प्रतिरोध के साथ एक बजट सामग्री है। इसमें रेनियम या रूथेनियम नहीं होता है और इसकी निकेल सामग्री सीमित होती है। निर्माण लागत को कम करने के लिए, इसे रासायनिक रूप से एक करछुल में पिघलाने के लिए डिज़ाइन किया गया था (हालांकि वैक्यूम क्रूसिबल में बेहतर गुणों के साथ)। गर्मी उपचार से पहले पारंपरिक वेल्डिंग और कास्टिंग संभव है। मूल उद्देश्य उच्च-प्रदर्शन, सस्ती बम केसिंग का उत्पादन करना था, लेकिन सामग्री कवच सहित संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए व्यापक रूप से लागू प्रमाणित हुई है। | वर्तमान चलन बहुत महंगे और बहुत भारी तत्वों से बचने का है। एक उदाहरण [[ एग्लिन स्टील |एग्लिन स्टील]] है, जो समझौता तापमान सीमा और रासायनिक प्रतिरोध के साथ एक बजट सामग्री है। इसमें रेनियम या रूथेनियम नहीं होता है और इसकी निकेल सामग्री सीमित होती है। निर्माण लागत को कम करने के लिए, इसे रासायनिक रूप से एक करछुल में पिघलाने के लिए डिज़ाइन किया गया था (हालांकि वैक्यूम क्रूसिबल में बेहतर गुणों के साथ)। गर्मी उपचार से पहले पारंपरिक वेल्डिंग और कास्टिंग संभव है। मूल उद्देश्य उच्च-प्रदर्शन, सस्ती बम केसिंग का उत्पादन करना था, लेकिन सामग्री कवच सहित संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए व्यापक रूप से लागू प्रमाणित हुई है। | ||
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* प्रमुख मिश्र धातु तत्वों की कमी, यांत्रिक गुणों को प्रभावित करना और संभवतः समझौता प्रदर्शन | * प्रमुख मिश्र धातु तत्वों की कमी, यांत्रिक गुणों को प्रभावित करना और संभवतः समझौता प्रदर्शन | ||
चयनात्मक ऑक्सीकरण इन हानिकारक प्रक्रियाओं को सीमित करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्राथमिक रणनीति है। मिश्रित तत्वों का अनुपात एक विशिष्ट ऑक्साइड चरण के गठन को बढ़ावा देता है जो आगे ऑक्सीकरण के लिए बाधा के रूप में कार्य करता है। | चयनात्मक ऑक्सीकरण इन हानिकारक प्रक्रियाओं को सीमित करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्राथमिक रणनीति है। मिश्रित तत्वों का अनुपात एक विशिष्ट ऑक्साइड चरण के गठन को बढ़ावा देता है जो आगे ऑक्सीकरण के लिए बाधा के रूप में कार्य करता है। सामान्यतः, इस भूमिका में एल्यूमीनियम और क्रोमियम का उपयोग किया जाता है, क्योंकि वे क्रमशः [[ एल्यूमिना |एल्यूमिना]] (Al2O3) और [[ क्रोमियम (III) ऑक्साइड |क्रोमियम]] (Cr2O3) की अपेक्षाकृत पतली और निरंतर ऑक्साइड परतें बनाते है। वे इस परत के नीचे आगे के ऑक्सीकरण को प्रभावी ढंग से रोकते हुए, कम ऑक्सीजन प्रसार प्रदान करते हैं। आदर्श स्थिति में, ऑक्सीकरण दो चरणों से होकर गुजरता है।सबसे पहले, क्षणिक ऑक्सीकरण में विभिन्न तत्वों का रूपांतरण शामिल होता है, विशेष रूप से बहुसंख्यक तत्व (जैसे निकल या कोबाल्ट)। क्षणिक ऑक्सीकरण तब तक आगे बढ़ता है जब तक कि उत्सर्गी तत्व का चयनात्मक ऑक्सीकरण एक पूर्ण अवरोधक परत नहीं बना लेता।<ref name="Pettit" /> | ||
ऑक्सीकरण रासायनिक अवक्रमण का सबसे बुनियादी रूप है जिसे सुपरऑलॉय अनुभव कर सकते हैं। [[ तनाव (यांत्रिकी) |तनाव (यांत्रिकी)]] के कारण यांत्रिक व्यवधान से ऑक्साइड परत की निरंतरता से समझौता किया जा सकता है या ऑक्सीकरण कैनेटीक्स के परिणामस्वरूप बाधित हो सकता है (उदाहरण के लिए यदि ऑक्सीजन बहुत तेज़ी से फैलता है)। यदि परत निरंतर नहीं है, तो ऑक्सीजन के प्रसार का अवरोध के रूप में इसकी प्रभावशीलता से समझौता किया जाता है। ऑक्साइड परत की स्थिरता अन्य अल्पसंख्यक तत्वों की उपस्थिति से अत्यधिक प्रभावित होती है। उदाहरण के लिए, सुपरअलॉयज में बोरॉन, [[ सिलिकॉन |सिलिकॉन]] और येट्रियम को मिलाने से ऑक्साइड परत के [[ आसंजन |आसंजन]] को बढ़ावा मिलता है, स्पैलिंग कम होती है और निरंतरता बनी रहती है।<ref>{{cite journal | last1 = Klein | first1 = L. | last2 = Bauer | first2 = S. | last3 = Neumeier | first3 = S. | last4 = Göken | first4 = M. | last5 = Virtanan | first5 = S. | year = 2011 | title = High temperature oxidation of γ/γ'-strengthened Co-based superalloys | journal = Corrosion Science | volume = 53 | issue = 5| pages = 2027–2034 | doi=10.1016/j.corsci.2011.02.033}}</ref> | ऑक्सीकरण रासायनिक अवक्रमण का सबसे बुनियादी रूप है जिसे सुपरऑलॉय अनुभव कर सकते हैं। [[ तनाव (यांत्रिकी) |तनाव (यांत्रिकी)]] के कारण यांत्रिक व्यवधान से ऑक्साइड परत की निरंतरता से समझौता किया जा सकता है या ऑक्सीकरण कैनेटीक्स के परिणामस्वरूप बाधित हो सकता है (उदाहरण के लिए यदि ऑक्सीजन बहुत तेज़ी से फैलता है)। यदि परत निरंतर नहीं है, तो ऑक्सीजन के प्रसार का अवरोध के रूप में इसकी प्रभावशीलता से समझौता किया जाता है। ऑक्साइड परत की स्थिरता अन्य अल्पसंख्यक तत्वों की उपस्थिति से अत्यधिक प्रभावित होती है। उदाहरण के लिए, सुपरअलॉयज में बोरॉन, [[ सिलिकॉन |सिलिकॉन]] और येट्रियम को मिलाने से ऑक्साइड परत के [[ आसंजन |आसंजन]] को बढ़ावा मिलता है, स्पैलिंग कम होती है और निरंतरता बनी रहती है।<ref>{{cite journal | last1 = Klein | first1 = L. | last2 = Bauer | first2 = S. | last3 = Neumeier | first3 = S. | last4 = Göken | first4 = M. | last5 = Virtanan | first5 = S. | year = 2011 | title = High temperature oxidation of γ/γ'-strengthened Co-based superalloys | journal = Corrosion Science | volume = 53 | issue = 5| pages = 2027–2034 | doi=10.1016/j.corsci.2011.02.033}}</ref> | ||
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कास्टिंग और फोर्जिंग पारंपरिक धातुकर्म प्रसंस्करण तकनीकें हैं जिनका उपयोग पॉलीक्रिस्टलाइन और मोनोक्रिस्टलाइन दोनों उत्पादों को उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। पॉलीक्रिस्टलाइन कास्ट उच्च फ्रैक्चर प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जबकि मोनोक्रिस्टलाइन कास्ट उच्च रेंगना प्रतिरोध प्रदान करते हैं। | कास्टिंग और फोर्जिंग पारंपरिक धातुकर्म प्रसंस्करण तकनीकें हैं जिनका उपयोग पॉलीक्रिस्टलाइन और मोनोक्रिस्टलाइन दोनों उत्पादों को उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। पॉलीक्रिस्टलाइन कास्ट उच्च फ्रैक्चर प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जबकि मोनोक्रिस्टलाइन कास्ट उच्च रेंगना प्रतिरोध प्रदान करते हैं। | ||
जेट टर्बाइन इंजन अपनी व्यक्तिगत ताकत का लाभ उठाने के लिए दोनों क्रिस्टलीय घटक प्रकारों को नियोजित करते हैं। हाई-प्रेशर टर्बाइन के डिस्क, जो इंजन के सेंट्रल हब के पास होते हैं, पॉलीक्रिस्टलाइन होते हैं।टर्बाइन ब्लेड, जो इंजन हाउसिंग में रेडियल रूप से विस्तारित होते हैं, एक बहुत अधिक केन्द्रापसारक बल का अनुभव करते हैं, और इन्हे रेंगना प्रतिरोध की आवश्यकता होती है, | जेट टर्बाइन इंजन अपनी व्यक्तिगत ताकत का लाभ उठाने के लिए दोनों क्रिस्टलीय घटक प्रकारों को नियोजित करते हैं। हाई-प्रेशर टर्बाइन के डिस्क, जो इंजन के सेंट्रल हब के पास होते हैं, पॉलीक्रिस्टलाइन होते हैं।टर्बाइन ब्लेड, जो इंजन हाउसिंग में रेडियल रूप से विस्तारित होते हैं, एक बहुत अधिक केन्द्रापसारक बल का अनुभव करते हैं, और इन्हे रेंगना प्रतिरोध की आवश्यकता होती है, सामान्यतः पसंदीदा क्रिस्टल ओरिएंटेशन के साथ मोनोक्रिस्टलाइन या पॉलीक्रिस्टलाइन को अपनाते हैं। | ||
==== निवेश कास्टिंग ==== | ==== निवेश कास्टिंग ==== | ||
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=== पाउडर धातु विज्ञान === | === पाउडर धातु विज्ञान === | ||
पाउडर धातु विज्ञान आधुनिक प्रसंस्करण तकनीकों का एक वर्ग है जिसमें धातुओं को पहले चूर्ण किया जाता है, और फिर गलनांक से नीचे गर्म करके वांछित आकार में बनाया जाता है। यह ढलाई के विपरीत है, जो पिघली हुई धातु के साथ होता है। सुपर अलॉय मैन्युफैक्चरिंग अक्सर इसकी भौतिक दक्षता के कारण पाउडर धातु विज्ञान को नियोजित करता है - | पाउडर धातु विज्ञान आधुनिक प्रसंस्करण तकनीकों का एक वर्ग है जिसमें धातुओं को पहले चूर्ण किया जाता है, और फिर गलनांक से नीचे गर्म करके वांछित आकार में बनाया जाता है। यह ढलाई के विपरीत है, जो पिघली हुई धातु के साथ होता है। सुपर अलॉय मैन्युफैक्चरिंग अक्सर इसकी भौतिक दक्षता के कारण पाउडर धातु विज्ञान को नियोजित करता है - सामान्यतः बहुत कम अपशिष्ट धातु को अंतिम उत्पाद से दूर किया जाना चाहिए -और [[ यांत्रिक मिश्र धातु |यांत्रिक मिश्र धातु]] के लिए इसकी क्षमता। मैकेनिकल मिश्र धातु एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके द्वारा मजबूत कणों को बार-बार फ्रैक्चर और वेल्डिंग द्वारा सुपरअलॉय मैट्रिक्स सामग्री में शामिल किया जाता है।<ref>{{cite web | ||
| url = http://www.pim-international.com/magazine/PIM_International_Volume_7_Number_1 | | url = http://www.pim-international.com/magazine/PIM_International_Volume_7_Number_1 | ||
| title = PIM International Vol. 7 No. 1 March 2013 | | title = PIM International Vol. 7 No. 1 March 2013 | ||
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====बॉन्ड कोट==== | ====बॉन्ड कोट==== | ||
बॉन्ड कोट सब्सट्रेट को थर्मल बैरियर का पालन करता है। इसके अतिरिक्त, बांड कोट ऑक्सीकरण संरक्षण प्रदान करता है और पर्यावरण की ओर सब्सट्रेट परमाणुओं की गति के खिलाफ प्रसार बाधा के रूप में कार्य करता है। बॉन्ड कोट के पांच प्रमुख प्रकार हैं: एल्युमिनाइड्स, प्लैटिनम-एल्युमिनाइड्स, एमसीआरएलवाई, कोबाल्ट-सेरमेट्स और निकल-क्रोमियम। एल्युमिनाइड बॉन्ड कोटिंग्स के लिए, कोटिंग की अंतिम सांद्रण और संरचना सब्सट्रेट सांद्रण पर निर्भर करती है। एल्युमिनाइड्स में 750 डिग्री सेल्सियस से नीचे लचीलापन नहीं होता है, और सीमित थर्मोमैकेनिकल थकान शक्ति प्रदर्शित करता है। पीटी-एलुमिनाइड्स ब्लेड पर जमा पीटी (5-10 माइक्रोन) की परत को छोड़कर एल्यूमिनाइड बॉन्ड कोट के समान होते हैं। पीटी ऑक्साइड आसंजन में सहायता करता है और गर्म जंग में योगदान देता है, जिससे ब्लेड का जीवनकाल बढ़ जाता है। पीटी चढ़ाना की लागत बढ़े हुए ब्लेड जीवन काल से उचित है। MCrAlY सब्सट्रेट के साथ दृढ़ता से अंतःक्रिया नहीं करता है। सामान्यतः प्लाज्मा छिड़काव, द्वितीयक एल्यूमीनियम ऑक्साइड से MCrAlY कोटिंग्स द्वारा लागू किया जाता है। इसका मतलब यह है कि कोटिंग्स एक बाहरी क्रोमिया परत और नीचे एक द्वितीयक एल्यूमिना परत बनाती हैं। ये ऑक्साइड संरचनाएँ उन उच्च तापमानों की सीमा में होती हैं जिनसे | बॉन्ड कोट सब्सट्रेट को थर्मल बैरियर का पालन करता है। इसके अतिरिक्त, बांड कोट ऑक्सीकरण संरक्षण प्रदान करता है और पर्यावरण की ओर सब्सट्रेट परमाणुओं की गति के खिलाफ प्रसार बाधा के रूप में कार्य करता है। बॉन्ड कोट के पांच प्रमुख प्रकार हैं: एल्युमिनाइड्स, प्लैटिनम-एल्युमिनाइड्स, एमसीआरएलवाई, कोबाल्ट-सेरमेट्स और निकल-क्रोमियम। एल्युमिनाइड बॉन्ड कोटिंग्स के लिए, कोटिंग की अंतिम सांद्रण और संरचना सब्सट्रेट सांद्रण पर निर्भर करती है। एल्युमिनाइड्स में 750 डिग्री सेल्सियस से नीचे लचीलापन नहीं होता है, और सीमित थर्मोमैकेनिकल थकान शक्ति प्रदर्शित करता है। पीटी-एलुमिनाइड्स ब्लेड पर जमा पीटी (5-10 माइक्रोन) की परत को छोड़कर एल्यूमिनाइड बॉन्ड कोट के समान होते हैं। पीटी ऑक्साइड आसंजन में सहायता करता है और गर्म जंग में योगदान देता है, जिससे ब्लेड का जीवनकाल बढ़ जाता है। पीटी चढ़ाना की लागत बढ़े हुए ब्लेड जीवन काल से उचित है। MCrAlY सब्सट्रेट के साथ दृढ़ता से अंतःक्रिया नहीं करता है। सामान्यतः प्लाज्मा छिड़काव, द्वितीयक एल्यूमीनियम ऑक्साइड से MCrAlY कोटिंग्स द्वारा लागू किया जाता है। इसका मतलब यह है कि कोटिंग्स एक बाहरी क्रोमिया परत और नीचे एक द्वितीयक एल्यूमिना परत बनाती हैं। ये ऑक्साइड संरचनाएँ उन उच्च तापमानों की सीमा में होती हैं जिनसे सामान्यतः सुपरऑलॉयज़ मिलते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Warnes |first1=Bruce Michael |title=Improved aluminide/MCrAlX coating systems for super alloys using CVD low activity aluminizing |journal=Surface and Coatings Technology |date=January 2003 |volume=163-164 |pages=106–111 |doi=10.1016/S0257-8972(02)00602-3 }}</ref> क्रोमिया ऑक्सीकरण और गर्म-जंग प्रतिरोध प्रदान करता है। एल्युमिना ऑक्सीडेशन तंत्र को स्व-निष्क्रिय करके ऑक्साइड वृद्धि को सीमित करके नियंत्रित करता है। येट्रियम सब्सट्रेट के लिए ऑक्साइड पालन को बढ़ाता है, और अनाज की सीमाओं के विकास को सीमित करता है (जिससे कोट शल्कन हो सकता हैं)।<ref>{{cite journal |last1=Tawancy |first1=H.M. |last2=Abbas |first2=N.M. |last3=Bennett |first3=A. |title=Role of Y during high temperature oxidation of an M-Cr-Al-Y coating on an Ni-base superalloy |journal=Surface and Coatings Technology |date=December 1994 |volume=68-69 |pages=10–16 |doi=10.1016/0257-8972(94)90130-9 }}</ref> रेनियम और टैंटलम को मिलाने से ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ जाता है। [[ टंगस् | ||