: پروژه :عنوان پروژه عنوان

سوپر و کبالت پایه سوپر آلیاژهای و کبالت پایه آلیاژهایآن آن آلیاژهای آلیاژهای

استاد محترم : آقای دکتر حداد

گردآورندگان :

سعيد وحيدي و امير مهدي دواچي

کبالت فلز فیزیکی کبالت خواص فلز فیزیکی خواص کبالت ذوب کبالت نقطه ذوب CC 14951495نقطه جوش جوش نقطه C C 2870 2870نقطه 8.98.9دانسیته دانسیته اتمی اتمی شعاع 1.671.67شعاع یونی یونی شعاع AA 0.745 0.745شعاع از باالتر دماهای در از کبالت باالتر دماهای در و و FCCFCCبصورت بصورت 427C427Cکبالت

بصورت آن از پایین تر دمای بصورت در آن از پایین تر دمای . HCPHCPدر . است است

کبالت آلیاژهای کبالت اکسایش آلیاژهای اکسایش در کبالت مقاومت بهبود برای که عنصری مهمترین نیکل ابرآلیاژهای در همانند کبالت مقاومت بهبود برای که عنصری مهمترین نیکل ابرآلیاژهای همانند

که می دهد نشان زیر شکل است کروم می شود اضافه آن به اکسایش که برابر می دهد نشان زیر شکل است کروم می شود اضافه آن به اکسایش برابربین کروم بحرانی بین مقدار کروم بحرانی . 3030تا تا 2020مقدار برای شدن پوسته ثابت آن در که است ٪ . برای شدن پوسته ثابت آن در که است ٪

. می یابد کاهش خالص کبالت با مقایسه در .اکسایش می یابد کاهش خالص کبالت با مقایسه در اکسایش

آلیاژ آلیاژCO-30CrCO-30Cr در استفاده مورد آلیاژهای از بسیاری در اساس استفاده مورد آلیاژهای از بسیاری اساسدر آلیاژ این است ودندانپزشکی جراحی ابزارهای در ساخت آلیاژ این است ودندانپزشکی جراحی ابزارهای ساخت

در خوردگی در برابر خوردگی عناصر cc 250250برابر تاثیر است مقاوم عناصر بسیار تاثیر است مقاوم بسیارباید را خوردگی برابر در مقاومت و اکسایش بر باید دیگر را خوردگی برابر در مقاومت و اکسایش بر دیگر

. تایی دو آلیاژهای کرد . بررسی تایی دو آلیاژهای کرد مقاومت مقاومت CO-10AlCO-10Alو و CO-5SiCO-5Siبررسیآلیاژ و دهند می نشان اکسایش برابر در آلیاژ خوبی و دهند می نشان اکسایش برابر در CO-AlCO-Alخوبی

آلیاژ از بهتری آلیاژ خواصی از بهتری آلیاژهای. CO-CrCO-Crخواصی حال درهر آلیاژهای. دارد حال درهر داردبتوان CO-AlCO-Alدوتایی دوتایی تا ندارند کافی استحکام باال دمای بتوان در تا ندارند کافی استحکام باال دمای در

. گرفت نظر در کبالت آلیاژهای ساخت برای ای پایه را . آنها گرفت نظر در کبالت آلیاژهای ساخت برای ای پایه را آنها را شدن پوسته به تمایل منگنز ولی بی تاثیرند نیکل و را آهن شدن پوسته به تمایل منگنز ولی بی تاثیرند نیکل و آهن

. و وانادیم مولیبدن، موارد برخی در دهد می . افزایش و وانادیم مولیبدن، موارد برخی در دهد می افزایش . آلیاژهای مانند نیز آلیاژها این در کروم مضرند . تنگستن آلیاژهای مانند نیز آلیاژها این در کروم مضرند تنگستن

. است اصلی عنصر .نیکل است اصلی عنصر نیکل

کبالت در آلوتروپیک کبالت استحاله در آلوتروپیک استحالهفاز تبدیل فاز واکنش تبدیل فاز αα واکنش فاز به درسیکل εε به و بوده درسیکل اترمال و بوده اترمال

حین . در است پذیری برگشت طبیعت دارای حین . گرمایش در است پذیری برگشت طبیعت دارای گرمایشاستحاله کردن استحاله سرد کردن حرارت سرد درجه حرارت در درجه درجه درجه 390390 در

استحاله مجدد کردن گرم با و میافتد اتفاق استحاله سلسیوس مجدد کردن گرم با و میافتد اتفاق سلسیوسحرارت معکوسمعکوس درجه حرارت در درجه درجه درجه 430430در

از . متالورژیکی عوامل میپیوندد وقوع به از . سلسیوس متالورژیکی عوامل میپیوندد وقوع به سلسیوسفاز مقدار بر مواد خلوص و اولیه دانه اندازه فاز قبیل مقدار بر مواد خلوص و اولیه دانه اندازه قبیل

HcpHcp ها دانه اگر طوریکه به ، بوده موثر شده ها تشکیل دانه اگر طوریکه به ، بوده موثر شده تشکیلفاز مقدار ، باشد زیاد ها ناخالصی میزان و فاز ریز مقدار ، باشد زیاد ها ناخالصی میزان و HcpHcp ریز

. سرد کار انجام طرفی از بود خواهد کمتر شده . تشکیل سرد کار انجام طرفی از بود خواهد کمتر شده تشکیلفاز مقدار افزایش فاز موجب مقدار افزایش میشود .میشود . HcpHcp موجب

پایه تایی دو آلیاژهای فازی پایه ساختار تایی دو آلیاژهای فازی ساختارکبالتکبالت

کرم – کبالت تایی دو کرم – سیستم کبالت تایی دو سیستم

کبالت آلیاژ در اصلی آلیاژی عنصر کبالت کرم آلیاژ در اصلی آلیاژی عنصر میباشد . ––کرم میباشد . کرم کرمدار ) مرکز مکعبی کرم کریستالی دار )ساختمان مرکز مکعبی کرم کریستالی ( ( BccBcc ساختمان

کبالت در آنرا حاللیت که کبالت میباشد در آنرا حاللیت که HcpHcp وو FccFcc میباشدفاز . دیاگرام طبق مینماید فاز . محدود دیاگرام طبق مینماید محدود

شکل ) Co-CrCo-Cr دوتایی دوتایی در شده شکل )ارائه در شده کرم( 22ارائه کرم( حاللیت حاللیتفازهای فازهای در دمای εε و و αα در دمای در به 700700در سلسیوس به درجه سلسیوس درجه

برابر برابر ترتیب دما . 1010و و 2020ترتیب افزایش با میباشد وزنی دما . درصد افزایش با میباشد وزنی درصددمای در و یافته افزایش کرم دمای حاللیت در و یافته افزایش کرم درجه درجه 991991حاللیت

به به سلسیوس فاز 35.135.1سلسیوس در فاز درصد در رسد αα درصد رسد می حداکثر. حداکثر. میفاز در کرم فاز حاللیت در کرم دمای αα حاللیت دمای در سلسیوس 13121312در سلسیوس درجه درجه

حدود معادل که آید می حدود بدست معادل که آید می میباشد .3939بدست میباشد .درصد درصد

دو دو سیستم مولیبدن – سیستم کبالت مولیبدن – تایی کبالت تاییو داشته کبالت ساختمان بر مشابهی اثرات و مولیبدن داشته کبالت ساختمان بر مشابهی اثرات مولیبدن

فاز پایداری دامنه کرم فاز همانند پایداری دامنه کرم باگسترده αα همانند باگسترده را رافاز منطقه فاز نمودن منطقه شکل ) εε نمودن میدهد شکل ) کاهش میدهد ( ( 33کاهش

ساختمان یک داشتن علت به نیز مولیبدن ساختمان حاللیت یک داشتن علت به نیز مولیبدن حاللیتولی . BccBcc کریستالیکریستالی میباشد محدود کبالت ولی . در میباشد محدود کبالت در

دمای در و یافته افزایش دما با آن دمای حاللیت در و یافته افزایش دما با آن 13351335حاللیتیعنی خود مقدار حداکثر به سلسیوس یعنی درجه خود مقدار حداکثر به سلسیوس 2828درجه

فاز . میرسد وزنی فاز . درصد میرسد وزنی برای εε درصد کمتری برای حاللیت کمتری حاللیتپریتکتوید دمای در که داده نشان پریتکتوید مولیبدن دمای در که داده نشان 700700 ±± 5050مولیبدن

یعنی خود حداکثر میزان به سلسیوس یعنی درجه خود حداکثر میزان به سلسیوس 1414درجهمیرسد . وزنی میرسد . درصد وزنی درصد

کربن – کبالت تایی دو کربن – سیستم کبالت تایی دو سیستمدوتایی فاز نمودار از دوتایی قسمتی فاز نمودار از شکل Co-CCo-C قسمتی شکل در در

با( . 44)) ذوب حرارت درجه است شده داده با( . نشان ذوب حرارت درجه است شده داده نشاندمای در و یافته کاهش کربن مقدار دمای افزایش در و یافته کاهش کربن مقدار افزایش

فاز 13211321 اتکتیک واکنش یک طی سلسیوس فاز درجه اتکتیک واکنش یک طی سلسیوس درجه αα صورت به کربن وزنی درصد یک حداکثر که صورت را به کربن وزنی درصد یک حداکثر که را

، نموده حفظ خود در نشینی بین جامد ، محلول نموده حفظ خود در نشینی بین جامد محلولفاز . در کربن حاللیت میاورد فاز . بوجود در کربن حاللیت میاورد کاهش αα بوجود کاهش با با

دمای در و نموده افت دمای دما در و نموده افت سلسیوس 10001000 دما سلسیوس درجه درجهرسد/. .3535به به می وزنی رسد/. .درصد می وزنی درصد

کبالت آلیاژهای بخشی کبالت استحکام آلیاژهای بخشی استحکام

جامد 1.1. محلول بخشی جامد استحکام محلول بخشی استحکام

''رسوبگذاری رسوبگذاری 2.2.

اتمی 3.3. صفحه های چیدن اتمی عیوب صفحه های چیدن عیوب

کاربید 4.4. کاربید تشکیل تشکیل

11 )جامد محلول بخشی جامد( استحکام محلول بخشی و و WW ::استحکامTaTa و وMoMo جامد محلول بخشی استحکام در مناسبی جامد عناصر محلول بخشی استحکام در مناسبی عناصر

را. عناصر این بخشی استحکام شدید تاثیر زیر شکل را. هستند عناصر این بخشی استحکام شدید تاثیر زیر شکل هستندتایی سه آلیاژهای تایی بر سه آلیاژهای . CO-Cr-xCO-Cr-xبر می دهد . نشان می دهد نشان

22 - )رسوبگذاری( - رسوبگذاری  :: بررسی را کبالت آلیاژهای سختی رسوب امکان بررسی اکنون را کبالت آلیاژهای سختی رسوب امکان اکنون

از نیکل آلیاژهای شدید بخشی استحکام به باتوجه از میکنیم نیکل آلیاژهای شدید بخشی استحکام به باتوجه میکنیمرسوب رسوب طریق عامل NiNi 3 3AL(AL(- - ((طریق نیز کبالت آلیاژهای عامل در نیز کبالت آلیاژهای در

رسوب سختی رسوب رسوب سختی باشد COCO33TiTiو و Co ALCo ALرسوب باشد می می

33 )اتمی صفحه‌های چیدن اتمی( عیوب صفحه‌های چیدن در ::عیوب در عیب عیبجامد محلول بخشی استحکام در اتمی صفحه های جامد چیدن محلول بخشی استحکام در اتمی صفحه های چیدن

اتمی صفحه های چیدن در عیب انرژی چه هر دارد اتمی اهمیت صفحه های چیدن در عیب انرژی چه هر دارد اهمیت. است مستحکم تر آلیاژ باشد .باالتر است مستحکم تر آلیاژ باشد باالتر

خالص کبالت خالص در کبالت چيدن FccFccدر در عیب زیادی چيدن مقدار در عیب زیادی مقدارهر در کروم حاللیت می شود مشاهده اتمی هر صفحه های در کروم حاللیت می شود مشاهده اتمی صفحه های

فاز فاز دو صفحه های HcpHcpو و FccFccدو چیدن عیوب و است صفحه های زیاد چیدن عیوب و است زیادآلیاژهای در آلیاژهای اتمی در . CO-CrCO-Crاتمی می شوند ایجاد آسانی . به می شوند ایجاد آسانی به

عیب انرژی بر شدت به آلیاژی عناصر کردن عیب اضافه انرژی بر شدت به آلیاژی عناصر کردن اضافهنیکل مثال می گذارد تأثیر اتمی صفحه های نیکل چیدن مثال می گذارد تأثیر اتمی صفحه های ، ، FccFccچیدن

چیدن FccFccساختار ساختار عیب انرژی و می کند پایدار چیدن را عیب انرژی و می کند پایدار رامقدار که بطوری می دهد افزایش را اتمی مقدار صفحه های که بطوری می دهد افزایش را اتمی صفحه های

. می شود کمتر ها .نابجایی می شود کمتر ها نابجایی عناصر عناصر ولی چیدن MOMOووWWمانند مانند BccBccولی عیب چیدن انرژی عیب انرژی

. تاثیر نظر از می دهند کاهش را اتمی . صفحه های تاثیر نظر از می دهند کاهش را اتمی صفحه هایآلیاژی عناصر آلیاژی افزایش عناصر زیرا FeFeو و NiNiافزایش دارند زیادی زیرا اهمیت دارند زیادی اهمیت

باالست کامال کبالت در آنها باالست حاللیت کامال کبالت در آنها ساختار FeFeحاللیت ساختار نیز FccFccنیز. می کند پایدار .را می کند پایدار را

44: کاربید( :تشکیل کاربید( تشکیل

انواع آلیاژ ترتیب به بسته کبالت آلیاژهای انواع در آلیاژ ترتیب به بسته کبالت آلیاژهای در . عناصر مقدار می شود تشکیل کاربید . مختلف عناصر مقدار می شود تشکیل کاربید مختلف

پایدار و کاربید مناسب توزیع و تشکیل برای پایدار آلیاژی و کاربید مناسب توزیع و تشکیل برای آلیاژیخواص مخصوصا خواص بهترین که آنها خواص کردن مخصوصا خواص بهترین که آنها کردن

مقدار چون می کند ایجاد باال دما مقدار خزشی چون می کند ایجاد باال دما این CrCrخزشی این در دراز بیشتر یعنی است زیاد b معموال از آلیاژها بیشتر یعنی است زیاد b معموال است، 2020آلیاژها است، ٪ ٪

MM77CC33 و وMM33CC22 وجود ولی می شود دیده ندرت وجود به ولی می شود دیده ندرت CrCrبه

نوع کاربید تشکیل نوع به کاربید تشکیل . CC MM2323به این می کند . کمک این می کند کمک. است کاربید نوع مهمترین .کاربید است کاربید نوع مهمترین کاربید

حد به که است توزیعی چنان کاربیدها مطلوب حد توزیع به که است توزیعی چنان کاربیدها مطلوب توزیعشود آلیاژ استحکام باعث تا باشد ظریف شود کافی آلیاژ استحکام باعث تا باشد ظریف کافی

داکتیل که نباشد زیاد قدر آن کاربیدها مقدار داکتیل ولی که نباشد زیاد قدر آن کاربیدها مقدار ولیبا ) را کاربید مقدار b معموال دهد کاهش را با ) بودن را کاربید مقدار b معموال دهد کاهش را بودن

) معموال کنند می کنترل کربن مقدار کردن ( محدود معموال کنند می کنترل کربن مقدار کردن محدودیا پیوسته الیه های تشکیل از که شود می یا سعی پیوسته الیه های تشکیل از که شود می سعی . این در ضمنا شود جلوگیری کاربید پیوسته . نیم این در ضمنا شود جلوگیری کاربید پیوسته نیم

آلیاژی عنصر عنوان به منگنز حضور آلیاژی آلیاژها عنصر عنوان به منگنز حضور آلیاژهابروز به منجر گوگرد بروز باوجود به منجر گوگرد که MnsMnsباوجود که می شود می شود

. می گردد نمایان آخال .بصورت می گردد نمایان آخال بصورت

کبالت پایه آلیاژهای کبالت سوپر پایه آلیاژهای سوپر

مانند است نیکل به شبیه کبالت فیزیکی خواص مانند بیشتر است نیکل به شبیه کبالت فیزیکی خواص بیشتر . کردن آلیاژ با چگالی و ذوب نقطه اتمی، . اندازه کردن آلیاژ با چگالی و ذوب نقطه اتمی، اندازه

عناصر سایر و کربن تنگستن، و نیکل کروم، با عناصر کبالت سایر و کربن تنگستن، و نیکل کروم، با کبالت. پیداکرد توسعه پیچیده آلیاژهای سوپر .بتدریج پیداکرد توسعه پیچیده آلیاژهای سوپر بتدریج

خاص کاربردهای و شیمیایی خاص ترکیب کاربردهای و شیمیایی ترکیب

به نسبت ازنظرشیمیایی کبالت پایه آلیاژهای به سوپر نسبت ازنظرشیمیایی کبالت پایه آلیاژهای سوپر . پایه سوپرآلیاژهای دارند کمتری پیچیدگی نیکل پایه . آلیاژهای پایه سوپرآلیاژهای دارند کمتری پیچیدگی نیکل پایه آلیاژهای

حدود ترکیب دارای شده ریخته حدود کبالت ترکیب دارای شده ریخته --10W 510W 5%%وو 1C1C-%-%0.10.1کبالتپایه. 60Co60Co-%-%5050 وو30Cr30Cr-%-%2020 و و آلیاژهای سوپر پایه. می باشند آلیاژهای سوپر می باشند

حدود دارای شده کار حدود کبالت دارای شده کار بیشتری 40co40co%%کبالت مقدار بیشتری و مقدار NiNiوعناصر( 2020حدود) حدود) سایر همچنین می باشند پذیری کار برای عناصر( ٪ سایر همچنین می باشند پذیری کار برای ٪

. شود می افزوده آنها به .آلیاژی شود می افزوده آنها به آلیاژی قسمتهای از برخی در کبالت پایه آلیاژهای قسمتهای سوپر از برخی در کبالت پایه آلیاژهای سوپر

آلیاژهای از کمتر زیرا ، می روند بکار صنعتی های آلیاژهای توربین از کمتر زیرا ، می روند بکار صنعتی های توربیناگرچه می گیرند، قرار خوردگی معرض در نیکل اگرچه پایه می گیرند، قرار خوردگی معرض در نیکل پایه

. آلیاژها این از همچنین نیست خوب آنها اکسایشی . مقاومت آلیاژها این از همچنین نیست خوب آنها اکسایشی مقاومت. می شود استفاده هواپیما موتورهای برخی .در می شود استفاده هواپیما موتورهای برخی در

: استنیتی :زمینه استنیتی زمینه

کبالت آلیاژهای سوپر بیشتر استنیتی کبالت زمینه آلیاژهای سوپر بیشتر استنیتی زمینهشامل b شامل تقریبا b آن 25Cr25Cr%%و و 50Co50Co%%تقریبا بقیه و آن است بقیه و است

تانتالیم، تنگستن، مثل دیرگداز عناصر و تانتالیم، نیکل تنگستن، مثل دیرگداز عناصر و نیکل . سوپر آستینت باشند می مولیبدن یا و . آهن سوپر آستینت باشند می مولیبدن یا و آهن

ساختار کبالت پایه ساختار آلیاژهای کبالت پایه .FCCFCCآلیاژهای .دارد دارد

کاربیدها:کاربیدها:

( یعنی باالست b نسبتا کبالت پایه آلیاژهای کربن ) درصد یعنی باالست b نسبتا کبالت پایه آلیاژهای کربن طور( 11تا تا 1/01/0درصد به طور( ٪ به ٪ : دارد وجود کبالت پایه آلیاژهای سوپر در کاربید اساسی نوع سه : کلی دارد وجود کبالت پایه آلیاژهای سوپر در کاربید اساسی نوع سه کلی

M23C6M23C6کاربیدهای کاربیدهای MCMCکاربیدهای کاربیدهای M6CM6Cکاربیدهای کاربیدهای

استحکام مختلف روش های به را کبالت پایه آلیاژهای سوپر استحکام کاربیدهای مختلف روش های به را کبالت پایه آلیاژهای سوپر کاربیدهایمی بخشند.می بخشند.

) اول اول اساسا: ) آنها اساسا: در( M23C6M23C6آنها شده کار و شده ریخته آلیاژ دو هر در( در شده کار و شده ریخته آلیاژ دو هر در. می کنند رسوب دانه ها .مرز می کنند رسوب دانه ها مرز

.دوم دوم می کنند: رسوب چیدن خطاهای در کاربیدی ذرات این از .برخی می کنند: رسوب چیدن خطاهای در کاربیدی ذرات این از برخیبنابراین و می کنند جلوگیری b شدیدا ها نابجایی حرکت از سدهایی بنابراین چنین و می کنند جلوگیری b شدیدا ها نابجایی حرکت از سدهایی چنین

. به منجر توانند می رسوبها این اما می یابد افزایش آلیاژ . استحکام به منجر توانند می رسوبها این اما می یابد افزایش آلیاژ استحکام. شوند پذیری شکل چشمگیر .کاهش شوند پذیری شکل چشمگیر کاهش

ساختار ریز بر گرمایی عملیات اثر

مدت به کردن مدت پیر به کردن در 2424پیر در ساعت رسوب 925C925Cساعت رسوب باعث باعث. M23C6M23C6ذرات ذرات شود . می شود . MCMCمی می کند رسوب . هم می کند رسوب هم

استحکام تنش - گسیختگی در دمایباال

که روند می کار به قطعاتی در کبالت پایه آلیاژهای b که اصوال روند می کار به قطعاتی در کبالت پایه آلیاژهای b اصوالمانند دارند زیادی عمر طول باال دمای و پایین تنش مانند در دارند زیادی عمر طول باال دمای و پایین تنش در

. صنعتی توربین .پروانه های صنعتی توربین پروانه های

گیری گیری نتیجه نتیجه

رقابت نیکل آلیاژهای با می توانند کبالت رقابت آلیاژهای نیکل آلیاژهای با می توانند کبالت آلیاژهایاین در باال دمای در کافی استحکام ایجاد این کنند در باال دمای در کافی استحکام ایجاد کنند

جامد محلول بخشی استحکام اساس بر جامد آلیاژها محلول بخشی استحکام اساس بر آلیاژهااستوار شده پخش بیدی کار ساختار تشکیل استوار و شده پخش بیدی کار ساختار تشکیل و

افزایش طریق از بیدها کار مناسب پخش افزایش است طریق از بیدها کار مناسب پخش است( b مثال کربن b )کافی مثال کربن مانند( 3/03/0کافی کاربیدزا وعناصر مانند( ٪ کاربیدزا وعناصر ٪TiTi

مناسب ZrZrو و گرمایی عملیات انتخاب طریق از مناسب و گرمایی عملیات انتخاب طریق از و . کار صورت به هم کبالت آلیاژهای می شود . انجام کار صورت به هم کبالت آلیاژهای می شود انجام

. اند استفاده قابل ریختگی هم و .شده اند استفاده قابل ریختگی هم و شده

پايانپايان

با تشكر...با تشكر...