सुपरलॉय: Difference between revisions

Revision as of 15:13, 23 February 2023

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 रखती है।^[1] एक सुपरएलॉय की प्रमुख विशेषताओं में यांत्रिक शक्ति, थर्मल रेंगना (विरूपण) प्रतिरोध, सतह स्थिरता और जंग और ऑक्सीकरण प्रतिरोध सम्मलित हैं।

क्रिस्टल संरचना सामान्यतः चेहरा केंद्रित घन (FCC) ऑस्टेनिटिक होती है। इस तरह के मिश्र धातुओं के उदाहरण हैं हास्टेलॉय, इनकोनेल, वास्पलोय, रेने 41, इंकोलॉय, एमपी98टी, टीएमएस मिश्र सीएमएसएक्स एकल क्रिस्टल मिश्र धातु ।

सुपरअलॉय का 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 अधिकांशतः 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 इंजनों में है। रेंगना सामान्यतः गैस टरबाइन ब्लेड में आजीवन सीमित करने वाला कारक है।^[2]

सुपर मिश्र धातुओं ने बहुत अधिक उच्च तापमान वाली इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी को संभव बनाया है।^[1]

रासायनिक विकास

क्योंकि ये मिश्रधातु उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए अभिप्रेत हैं(अर्थात उनके गलनांक के पास तापमान पर उनके आकार को धारण करना), इसलिए उनका रेंगना (विरूपण) और ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्राथमिक महत्व का है। निकल (नी)-आधारित सुपरऑलॉय इन अनुप्रयोगों के लिए पसंद की सामग्री के रूप में उभरे हैं क्योंकि उनके अद्वितीय γ' अवक्षेप हैं।^[1]^[3] इन नी-आधारित सुपरऑलॉयज़ के गुणों को एक निश्चित सीमा तक विभिन्न अन्य तत्वों, सामान्य और असाधारण दोनों के योग के माध्यम से कुछ सीमा तक तैयार किया जा सकता है, जिसमें न केवल धातुओं, बल्कि धातु के रूप-रंग का एक अधातु पदार्थ अधातु भी सम्मलित हैं; क्रोमियम, लोहा, कोबाल्ट, मोलिब्डेनम, टंगस्टन, टैंटलम, एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, जिरकोनियम, नाइओबियम, रेनीयाम, येट्रियम, वैनेडियम, कार्बन, बोरान या हेफ़नियम उपयोग किए गए मिश्र धातु परिवर्धन के कुछ उदाहरण हैं। प्रत्येक जोड़ गुणों को अनुकूलित करने में एक विशेष उद्देश्य प्रदान करता है।

रेंगना प्रतिरोध एक क्रिस्टल संरचना के भीतर अव्यवस्था गति की गति को धीमा करने पर, आंशिक रूप से निर्भर है। आधुनिक नी-आधारित सुपरऑलॉयज में, γ'-Ni3(Al,Ti) चरण अव्यवस्था के लिए बाधा के रूप में कार्य करता है। इस कारण से, यह γ ' इंटरमेटेलिक चरण, जब उच्च मात्रा के अंशों में उपस्थित होता है, तो इसकी आदेशित प्रकृति और γ मैट्रिक्स के साथ उच्च सुसंगतता के कारण इन मिश्र धातुओं की सामर्थ्य बढ़ जाती है। अल्युमीनियम और टाइटेनियम के रासायनिक जोड़ γ' चरण के निर्माण को बढ़ावा देते हैं। γ' चरण के आकार को वा गर्मी उपचार को सुदृढ़ीकरण 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,और 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।^[4] Cr, Fe, Co, Mo और Re सभी प्रमुखता रूप से γ मैट्रिक्स का विभाजन करते हैं जबकि Al, Ti, Nb, Ta, और V प्रमुखता रूप से γ' के अवक्षेप और ठोस समाधान मैट्रिक्स को सुदृढ़ीकरण करते हैं और क्रमशः अवक्षेपित होते हैं। ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण के अतिरिक्त, यदि अनाज की सीमाएं सम्मलित हैं, तो कुछ तत्वों को अनाज की सीमा को सुदृढ़ीकरण 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 उत्तम अनाज की सीमा में सामंजस्य और लचीलापन होता है।^[5] अनाज की सीमा को सुदृढ़ीकरण करने का एक अन्य रूप C और एक कार्बाइड फॉर्मर, जैसे Cr, Mo, W, Nb, Ta, Ti, या Hf के अतिरिक्त 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 करती है।

नी-आधारित सुपरऑलॉय संघटनएँ^[1]^[6]^[7]
तत्व	संघटन सीमा (भार %)	उद्देश्य
Ni, Fe, Co	50-70%	ये तत्व सुपरऑलॉय के बेस मैट्रिक्स γ चरण का निर्माण करते है। Ni आवश्यक है क्योंकि यह γ' (Ni₃Al) भी बनाता है। Fe और Co में Ni की तुलना में अधिक गलनांक होता है और ठोस घोल को सुदृढ़ीकरण बनाने की पेशकश करता है। Fe भी Ni या Co से काफी सस्ता है।
Cr	5-20%	ऑक्सीकरण और संक्षारण प्रतिरोध के लिए Cr आवश्यक है; यह एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड Cr₂O₃ बनाता है।
Al	0.5-6%	Al मुख्य γ' पूर्व है। यह एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड Al₂O₃ भी बनाता है, जो Cr₂O₃ की तुलना में उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदान करता है।
Ti	1-4%	Ti से γ'।
C	0.05-0.2%	MC और M₂₃C₆ (M ⁠= ⁠धातु) कार्बाइड γ' की अनुपस्थिति में सुदृढ़ीकरण चरण हैं।
B,Zr	0-0.1%	बोरॉन और जिरकोनियम अनाज की सीमाओं को सुदृढ़ीकरणी प्रदान करते हैं। सिंगल-क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड में यह आवश्यक नहीं है, क्योंकि कोई अधिगोष्ठी की परत नहीं है।
Nb	0-5%	Nb से γ'' बन सकता है, कम (700 डिग्री सेल्सियस से नीचे) तापमान पर एक सुदृढ़ीकरण चरण।
Re, W, Hf, Mo, Ta	1-10%	उच्‍चतापसह धातु, ठोस समाधान को सुदृढ़ीकरण करने (और कार्बाइड गठन) के लिए थोड़ी मात्रा में जोड़ा जाता है। ये भारी होते हैं, लेकिन इनका गलनांक अत्यधिक उच्च होता है।

सक्रिय अनुसंधान

नी-आधारित सुपरऑलॉयज की तुलना में सह-आधारित सुपरऑलॉयज में संभावित रूप से उच्च गर्म जंग, ऑक्सीकरण और घिसाव का प्रतिरोध होता है। इस कारण से, पिछले कई वर्षों में सह-आधारित सुपरलॉइज़ विकसित करने के प्रयास भी किए गए हैं। हालाँकि, पारंपरिक सह-आधारित सुपरऑलॉयज का व्यापक अनुप्रयोग नहीं हुआ है क्योंकि उनके पास नी-आधारित सुपरऑलॉयज की तुलना में उच्च तापमान पर कम शक्ति होती है।^[8] इसका मुख्य कारण यह है कि उनमें मूल रूप से नी-आधारित सुपरऑलॉयज में पाए जाने वाले γ’ अवक्षेपण प्रबलन की कमी प्रतीत होती है। मेटास्टेबल γ’-Co₃(Al,W) इंटरमेटेलिक कंपाउंड पर 2006 की एक रिपोर्ट में L1₂ संरचना के साथ सह-आधारित मिश्र धातु का सुझाव दिया गया था। एलॉय के इस वर्ग को पहली बार सी.एस. ली की 1971 की पीएचडी थीसिस में रिपोर्ट किया गया था।^[9] दो-चरण की सूक्ष्म संरचना में घनाकार γ' अवक्षेप होते हैं जो एक सतत γ मैट्रिक्स में अंतः स्थापित होते हैं और इसलिए रूपात्मक रूप से नी-आधारित सुपरऑलॉय के सूक्ष्म संरचना के समान होते हैं। यह दो चरणों के बीच उच्च सुसंगतता प्रस्तुत करता है, जो मुख्य कारकों में से एक है जिसके परिणामस्वरूप उत्कृष्ट उच्च तापमान शक्ति होती है।

यह गंभीर वातावरण में अनुप्रयोग के लिए लोड-बेयरिंग सह-आधारित सुपरलॉइज़ के वर्ग के विकास के लिए एक मार्ग प्रदान करता है।^[10]इन मिश्रधातुओं में, W 'इंटरमेटेलिक यौगिक' बनाने के लिए महत्वपूर्ण जोड़ है; यह उन्हें अधिक घनत्व (>9.6 g/cm³) देता है। γ - γ' कोबाल्ट-आधारित सुपरऑलॉयज़ का एक वर्ग जो डब्ल्यू-फ्री है, निकेल-आधारित सुपरलॉइज़ की तुलना में बहुत कम घनत्व वाला है।^[11]^[12]^[13]^[14] Co का गलनांक Ni से अधिक होता है। इसलिए, यदि उच्च तापमान शक्ति में सुधार किया जा सकता है, तो सह-आधारित सुपरऑलॉय नी-आधारित जेट इंजनों को प्रतिस्थापित कर सकते हैं।

चरण गठन

ठोस समाधान को सुदृढ़ीकरण करने के कारण तत्वों को जोड़ना सामान्यतः सहयोगी 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 अधिकांशतः हानिकारक होते हैं जीसीपी चरण सामान्यतः यांत्रिक गुणों के लिए अच्छे होते हैं, लेकिन टीसीपी चरण अधिकांशतः 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 समाधान सुदृढ़ीकरण करने के लिए टीसीपी अवक्षेपित कर सकते हैं। उचित संतुलन टीसीपी से सावधानी करते हुए जीसीपी को बढ़ावा देता है।

टीसीपी चरण निर्माण क्षेत्र कमजोर हैं क्योंकि वे:^[15]^[16]

टीसीपी चरण में स्वाभाविक रूप से खराब यांत्रिक गुण हैं
टीसीपी चरण γ मैट्रिक्स के साथ असंगत है
टीसीपी चरण एक कमी क्षेत्र से घिरा हुआ है जहां कोई γ' नहीं है
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 प्राय: 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'' है। यह γ के साथ सुसंगत भी है, लेकिन यह उच्च तापमान पर घुल जाता है।

सुपरलॉय के चरण^[15]^[16]
अवस्था	वर्गीकरण	संरचना	संघटन(s)	उपस्थिति	प्रभाव
γ	आव्यूह	अव्यवस्थित एफ सी सी	Ni, Co, Fe और ठोस समाधान में अन्य तत्व	अन्य अवक्षेपों की पृष्ठभूमि	मैट्रिक्स चरण, अवक्षेप के लिए लचीलापन और संरचना प्रदान करता है
γ'	जी सी पी	L1₂ (व्यवस्थित एफ सी सी)	Ni₃(Al,Ti)	क्यूब्स, गोल क्यूब्स, गोले या प्लेटलेट्स (जाली बेमेल के आधार पर)	मुख्य सुदृढ़ीकरण चरण। γ' γ के साथ सुसंगत है, जो लचीलेपन की अनुमति देता है।
कार्बाइड	कार्बाइड	एफ सी सी	mC, m₂₃C₆, and m₆C (m ⁠= ⁠धातु)	धागे की तरह गुच्छे, मोतियों की माला की तरह	कई कार्बाइड हैं, लेकिन वे सभी फैलाव सुदृढ़ीकरण और अधिगोष्ठी की परत स्थिरीकरण प्रदान करते हैं।
γ''	जी सी पी	D0₂₂ (व्यवस्थित बी सी टी)	Ni₃Nb	बहुत छोटी चक्रिका	यह अवक्षेप γ' के साथ सुसंगत है। यह IN-718 में मुख्य सुदृढ़ीकरण चरण है, लेकिन γ'' उच्च तापमान पर घुल जाता है।
η	जी सी पी	D0₂₄ (व्यवस्थित एच सी पी)	Ni₃Ti	सेलुलर या विडमैनस्टेटन पैटर्न बना सकते हैं	चरण सबसे खराब नहीं है, लेकिन यह γ' जितना अच्छा नहीं है। यह अनाज की सीमाओं को नियंत्रित करने में उपयोगी हो सकता है।.
δ	निबिड़ संकुलित नहीं	विषमलंबाक्ष	Ni₃Nb	एकिकुलर (सुई की तरह)	इस चरण के साथ मुख्य मुद्दा यह है कि यह γ के साथ सुसंगत नहीं है, लेकिन यह स्वाभाविक रूप से कमजोर नहीं है। यह सामान्यतः γ'' को विघटित करने से बनता है, लेकिन कभी-कभी इसे अधिगोष्ठी की परत शोधन के लिए जानबूझकर छोटी मात्रा में जोड़ा जाता है।
σ	टी सी पी	चतुष्फलकीय	FeCr, FeCrMo, CrCo	दीर्घीभूत ग्लोबुलेस	इस टीसीपी को सामान्यतः सबसे खराब यांत्रिक गुण माना जाता है।^[17] यह यांत्रिक गुणों के लिए कभी भी वांछनीय नहीं है।
μ	टी सी पी	षटकोणीय	Fe₂Nb, Co₂Ti, Fe₂Ti	ग्लोब्यूल्स या प्लेटलेट्स	इस चरण में विशिष्ट टीसीपी मुद्दे हैं। यह यांत्रिक गुणों के लिए कभी भी वांछनीय नहीं है।
लावेस	टी सी पी	त्रिसमनताक्ष	(Fe,Co)₇(Mo,W)₆	मोटे विडमैनस्टेटन प्लेटलेट्स	इस चरण में विशिष्ट टीसीपी मुद्दे हैं। यह यांत्रिक गुणों के लिए कभी भी वांछनीय नहीं है।

सुपरऑलॉयज के परिवार

नी-आधारित सुपरऑलॉयज का इतिहास और विकास

संयुक्त राज्य अमेरिका 1905 के आसपास गैस टर्बाइन के विकास में दिलचस्पी दिखाई।^[1]1910-1915 से, गैस टर्बाइनों में उच्च तापमान से बचने के लिए ऑस्टेनिटिक (γ चरण) स्टेनलेस स्टील्स विकसित किए गए थे। 1929 तक, 80Ni-20Cr मिश्र धातु मानक था, जिसमें Ti और Al के छोटे जोड़ थे। चूंकि प्रारंभिक धातुविज्ञानी इसे अभी तक नहीं जानते थे, वे नी-आधारित सुपरऑलॉयज में छोटे γ' अवक्षेप बना रहे थे। इन मिश्र धातुओं ने जल्दी ही Fe- और सह-आधारित सुपर मिश्रधातुओं को पीछे छोड़ दिया, जिन्हें कार्बाइड और ठोस घोल से सुदृढ़ीकरण किया गया था।

चूंकि सीआर मिश्र धातुओं को ऑक्सीकरण और 700 डिग्री सेल्सियस तक जंग से बचाने के लिए बहुत अच्छा था, लेकिन धातुविदों ने अल के पक्ष में सीआर को कम करना शुरू कर दिया, जिसमें बहुत अधिक तापमान पर ऑक्सीकरण प्रतिरोध था। सीआर की कमी के कारण गर्म क्षरण की समस्या उत्पन्न हो जाती है, इसलिए कोटिंग्स को विकसित करने की आवश्यकता होती है।

1950 के आसपास, वैक्यूम प्रेरण पिघलने का व्यवसायीकरण हो गया, जिससे धातुकर्मियों को अधिक सटीक संरचना के साथ उच्च शुद्धता वाले मिश्र धातु बनाने की अनुमति मिली।

60 और 70 के दशक में, धातुविदों ने मिश्र धातु रसायन से मिश्र धातु प्रसंस्करण पर ध्यान केंद्रित किया। स्तंभकार या एकल-क्रिस्टल टरबाइन ब्लेड की अनुमति देने के लिए दिशात्मक ठोसकरण विकसित किया गया था। ऑक्साइड फैलाव से सुदृढ़ीकरण मिश्र धातु बहुत महीन दाने और सुपरप्लास्टी प्राप्त कर सकती है।

नी-आधारित सुपरऑलॉय चरण

गामा (γ): यह चरण नी-आधारित सुपरऑलॉय के मैट्रिक्स की रचना करता है। यह मिश्र धातु तत्वों का एक ठोस समाधान एफ सी सी ऑस्टेनिटिक चरण है।^[17]^[18] अधिकांश वाणिज्यिक नी-आधारित मिश्र धातुओं में पाए जाने वाले मिश्र धातु तत्व हैं, C, Cr, Mo, W, Nb, Fe, Ti, Al, V, और Ta है। इन सामग्रियों के निर्माण के समय, जैसे ही नी-मिश्र धातुओं को पिगला कर ठंडा किया जाता है, कार्बाइड अवक्षेपित होने लगते हैं, इससे भी कम तापमान पर γ' चरण अवक्षेपित होता है।^[18]^[19]
गामा प्राइम (γ'): यह चरण मिश्रधातु को सुदृढ़ीकरण करने के लिए प्रयुक्त तलछट का गठन करता है। यह Ni₃(Ti,Al) पर आधारित एक अन्तराधातुक चरण है जिसमें एक आदेशित FCC L1₂ संरचना है।^[17]γ' चरण सुपरऑलॉय के मैट्रिक्स के साथ सुसंगत है जिसमें जाली पैरामीटर होता है जो प्राय: 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।^[18]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 सुदृढ़ीकरण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।^[20]

γ के लिए क्रिस्टल संरचना (नी₃नायब) (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 सुदृढ़ीकरण 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 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 होने के साथ-साथ प्राथमिक सुदृढ़ीकरण तंत्र हैं। γ" चरण प्राय: 650 डिग्री सेल्सियस से ऊपर अस्थिर है।^[20]

कार्बाइड चरण: कार्बाइड का निर्माण सामान्यतः हानिकारक होता है, चूंकि 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।^[17]^[18]
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 स्टैकिंग के साथ कुछ क्लोज-पैक्ड प्लेन रखते हैं। टीसीपी चरण अत्यधिक भंगुर होते हैं और सुदृढ़ीकरण, ठोस समाधान 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 पश्चात गतिकी के परिणामस्वरूप ये चरण बनते हैं

सह-आधारित सुपरऑलॉयज का इतिहास और विकास

सह-आधारित सुपरलॉइज़ यांत्रिक गुणों के लिए कार्बाइड अवक्षेपण और ठोस विलय सुदृढ़ीकरण पर निर्भर करते हैं। जबकि ये सुदृढ़ीकरण तंत्र गामा प्राइम (γ') अवक्षेपण से कमतर हैं,^[1]कोबाल्ट में निकेल की तुलना में अधिक गलनांक होता है और इसमें बेहतर गर्म संक्षारण प्रतिरोध और तापीय थकान होती है। परिणामस्वरूप, कार्बाइड-सुदृढ़ीकरण सह-आधारित सुपरऑलॉय का उपयोग कम तनाव, उच्च तापमान अनुप्रयोगों जैसे गैस टर्बाइनों में स्थिर वैन में किया जाता है। Co's γ/γ' माइक्रोस्ट्रक्चर को फिर से खोजा गया और 2006 में सातो एट अल द्वारा प्रकाशित किया गया।^[8] वह γ' चरण Co₃(Al, W) था। Mo, Ti, Nb, V, और Ta विभाजन γ' चरण में, जबकि Fe, Mn, और Cr मैट्रिक्स γ में विभाजन करते हैं।^[9]

2015 में मकिनेनी एट अल द्वारा सह-आधारित सुपरलॉइज़ के अगले परिवार की खोज की गई थी।इस परिवार की समान γ/γ' सूक्ष्म संरचना है, लेकिन टंगस्टन मुक्त है और इसमें Co₃(Al,Mo,Nb) का γ' चरण है।^[11]चूंकि टंगस्टन एक भारी तत्व है, इसका उन्मूलन सह-आधारित मिश्र धातुओं को विमान के टर्बाइनों में तेजी से व्यवहार्य बनाता है, जहां कम घनत्व विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता है। जहां कम घनत्व विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता है।

निशाधम एट अल द्वारा एक उच्च थ्रूपुट अध्ययन में सुपरलॉइज़ के सबसे हाल ही में खोजे गए परिवार की कम्प्यूटेशनल रूप से भविष्यवाणी की गई थी।^[21] 2017 में, और रेयेस टिराडो एट अल द्वारा प्रयोगशाला में प्रदर्शित किया गया। 2018 में।^[14]यह γ' चरण फिर से टंगस्टन मुक्त है और इसकी रचना Co है₃(नायब, वी) और कं₃(टा, बी)।

^[22] चूंकि, हाल के शोध से पता चला है कि कोबाल्ट γ' चरण प्रदर्शित कर सकता है। वास्तव में, γ' के अस्तित्व की पहली रिपोर्ट 1971 के पीएचडी शोध प्रबंध में हुई,^[9]लेकिन कभी प्रकाशित नहीं हुआ था। Co's γ/γ' माइक्रोस्ट्रक्चर को फिर से खोजा गया और 2006 में Sato et al द्वारा प्रकाशित किया गया।^[8]वह γ' चरण कंपनी थी₃(अल, डब्ल्यू)। यह भी पाया गया कि Mo, Ti, Nb, V, और Ta विभाजन γ' चरण में, जबकि Fe, Mn, और Cr मैट्रिक्स γ में विभाजन।

2015 में मकिनेनी एट अल द्वारा सह-आधारित सुपरलॉइज़ के अगले परिवार की खोज की गई थी। इस परिवार में एक समान γ/γ' माइक्रोस्ट्रक्चर है, लेकिन टंगस्टन मुक्त है और Co का γ' चरण है₃(अल, मो, नायब)।^[11]चूंकि टंगस्टन एक बहुत भारी तत्व है, टंगस्टन का उन्मूलन सह-आधारित मिश्र धातुओं को विमान के टर्बाइनों में तेजी से व्यवहार्य बनाता है, जहां कम घनत्व विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता है।

निशाधम एट अल द्वारा हाल ही में खोजे गए सुपरऑलॉय परिवार की कम्प्यूटेशनल भविष्यवाणी की गई थी।^[21] 2017 में, रेयेस टिराडो एट अल द्वारा प्रदर्शित किया गया। 2018 में।^[14]यह γ' चरण फिर से टंगस्टन मुक्त है और इसकी रचना Co है₃(नायब, वी) और कं₃(टा, बी)।

सह-आधारित सुपरअलॉय चरण

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 सम्मलित हैं।^[8]^[23] स्टेनलेस स्टील्स की तरह, क्रोमियम का उपयोग (कभी-कभी 20 wt.% तक) Cr₂O 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 सुदृढ़ीकरणी प्रदान करता है, और MC-प्रकार के कार्बाइड के निर्माण के कारण अवक्षेपण को सख्त करता है। ^[24]
गामा प्राइम (γ'): मिश्रधातु को सुदृढ़ीकरण करने के लिए प्रयुक्त अवक्षेप का गठन करता है।यह सामान्यतः Co₃Ti या FCC Co₃Ta की L12 संरचना के साथ बंद-पैक होता है, चूंकि 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। ^[8]^[25]
कार्बाइड चरण: कार्बाइड अवक्षेपण द्वारा मिश्र धातु को सुदृढ़ीकरण करते हैं, लेकिन कम तापमान की लोच को कम करते हैं।^[23]
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।

फ़े-आधारित सुपरअलॉय चरण

स्टील सुपरऑलॉयज लाभदायक हैं क्योंकि कुछ कम लागत पर नी-आधारित सुपरऑलॉयज के समान इनमें रेंगना और ऑक्सीकरण प्रतिरोध उपस्थित होता हैं।

गामा (γ): नी-आधारित मिश्र धातुओं में ऑस्टेनाइट आयरन (FCC) का एक मैट्रिक्स चरण होता है। मिश्र धातु तत्वों में सम्मलित हैं: ए अल, बी, सी, सी ओ, सी आर, एम ओ, नी, एन बी, सी, टी आई, डब्ल्यू, और वाई।^[26] अल (ऑक्सीकरण लाभ) को कम वजन वाले अ

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 क्योंकि ये मिश्रधातु उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए अभिप्रेत हैं(अर्थात उनके गलनांक के पास तापमान पर उनके आकार को धारण करना), इसलिए उनका रेंगना (विरूपण) और ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्राथमिक महत्व का है। [[ निकल |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"/> इन नी-आधारित सुपरऑलॉयज़ के गुणों को एक निश्चित सीमा तक विभिन्न अन्य तत्वों, सामान्य और असाधारण दोनों के योग के माध्यम से कुछ सीमा तक तैयार किया जा सकता है, जिसमें न केवल [[ धातुओं |धातुओं]], बल्कि [[ धातु के रूप-रंग का एक अधातु पदार्थ |धातु के रूप-रंग का एक अधातु पदार्थ]] [[ अधातु |अधातु]] भी सम्मलित हैं; क्रोमियम, [[ लोहा |लोहा]], [[ कोबाल्ट |कोबाल्ट]], [[ मोलिब्डेनम |मोलिब्डेनम]], [[ टंगस्टन |टंगस्टन]], [[ टैंटलम |टैंटलम]], एल्यूमीनियम, [[ टाइटेनियम |टाइटेनियम]], [[ zirconium |जिरकोनियम]], [[ नाइओबियम |नाइओबियम]], [[ रेनीयाम |रेनीयाम]], [[ yttrium |येट्रियम]], [[ वैनेडियम |वैनेडियम]], [[ कार्बन |कार्बन]], [[ बोरान |बोरान]] या [[ हेफ़नियम |हेफ़नियम]] उपयोग किए गए मिश्र धातु परिवर्धन के कुछ उदाहरण हैं। प्रत्येक जोड़ गुणों को अनुकूलित करने में एक विशेष उद्देश्य प्रदान करता है।
-रेंगना प्रतिरोध एक क्रिस्टल संरचना के भीतर [[ अव्यवस्था |अव्यवस्था]] गति की गति को धीमा करने पर, आंशिक रूप से निर्भर है। आधुनिक नी-आधारित सुपरऑलॉयज में, γ'-Ni3(Al,Ti) चरण अव्यवस्था के लिए बाधा के रूप में कार्य करता है। इस कारण से, यह γ '[[ इंटरमेटेलिक | इंटरमेटेलिक]] चरण, जब उच्च मात्रा के अंशों में उपस्थित होता है, तो इसकी आदेशित प्रकृति और γ मैट्रिक्स के साथ उच्च सुसंगतता के कारण इन मिश्र धातुओं की सामर्थ्य बढ़ जाती है। [[ अल्युमीनियम |अल्युमीनियम]] और टाइटेनियम के रासायनिक जोड़ γ' चरण के निर्माण को बढ़ावा देते हैं। γ' चरण के आकार को वा गर्मी उपचार को सुदृढ़ीकरण 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,और 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 प्रमुखता रूप से γ मैट्रिक्स का विभाजन करते हैं जबकि Al, Ti, Nb, Ta, और V प्रमुखता रूप से γ' के अवक्षेप और ठोस समाधान मैट्रिक्स को सुदृढ़ीकरण करते हैं और क्रमशः अवक्षेपित होते हैं। ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण के अतिरिक्त, यदि अनाज की सीमाएं सम्मलित हैं, तो कुछ तत्वों को अनाज की सीमा को सुदृढ़ीकरण 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 उत्तम अनाज की सीमा में 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 सुदृढ़ीकरण करने का एक अन्य रूप C और एक कार्बाइड फॉर्मर, जैसे Cr, Mo, W, Nb, Ta, Ti, या Hf के अतिरिक्त 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।
+रेंगना प्रतिरोध एक क्रिस्टल संरचना के भीतर [[ अव्यवस्था |अव्यवस्था]] गति की गति को धीमा करने पर, आंशिक रूप से निर्भर है। आधुनिक नी-आधारित सुपरऑलॉयज में, γ'-Ni3(Al,Ti) चरण अव्यवस्था के लिए बाधा के रूप में कार्य करता है। इस कारण से, यह γ '[[ इंटरमेटेलिक | इंटरमेटेलिक]] चरण, जब उच्च मात्रा के अंशों में उपस्थित होता है, तो इसकी आदेशित प्रकृति और γ मैट्रिक्स के साथ उच्च सुसंगतता के कारण इन मिश्र धातुओं की सामर्थ्य बढ़ जाती है। [[ अल्युमीनियम |अल्युमीनियम]] और टाइटेनियम के रासायनिक जोड़ γ' चरण के निर्माण को बढ़ावा देते हैं। γ' चरण के आकार को वा गर्मी उपचार को सुदृढ़ीकरण 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,और 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 प्रमुखता रूप से γ मैट्रिक्स का विभाजन करते हैं जबकि Al, Ti, Nb, Ta, और V प्रमुखता रूप से γ' के अवक्षेप और ठोस समाधान मैट्रिक्स को सुदृढ़ीकरण करते हैं और क्रमशः अवक्षेपित होते हैं। ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण के अतिरिक्त, यदि अनाज की सीमाएं सम्मलित हैं, तो कुछ तत्वों को अनाज की सीमा को सुदृढ़ीकरण 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 उत्तम अनाज की सीमा में 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 सुदृढ़ीकरण करने का एक अन्य रूप C और एक कार्बाइड फॉर्मर, जैसे Cr, Mo, W, Nb, Ta, Ti, या Hf के अतिरिक्त 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 करती है।
 {| class="wikitable"
 |+नी-आधारित सुपरऑलॉय संघटनएँ<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>

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