متالوگرافي

U 520  نوعي سوپر آلياژ پايه نيكل است كه پس از عمليات حرارتي سختي رسوبي داراي كسر حجمي پاييني از فاز گاما پرايم مي باشد. اين آلياژ براي اولين بار تحت امتياز نامه “US PATENT 3 107           167 به ثبت رسيد و عمده ترين توليد كننده آن شركت  SPECIAL METAL  مي باشد . سوپر آلياژ U 520  داراي مجموعه اي از مقاومت به خوردگي مناسب، خواص مكانيكي عالي در درجه حرارتهاي بالا و قابليت توليد ( فورج پذيري ) خوب مي باشد . دو مورد آخر خاص تعادل مناسب (و كنترل دقيق تركيب شيميايي در محدوده اي باريك  ) عناصر سخت كننده اي ماند Ti , Al با عناصر آلياژي نسوز است. شمش سوپر آلياژ U 520 به روش VIM ذوب و ريخته گري مي شود و سپس جهت كنترل ناخالصي ها و آخال ها شمش هاي با مقطع بزرگ را مي توان تحت فرايند ESR قرار داد.

ريز ساختار سوپر آلياژ UDIMET 520

 پس از عمليات حرارتي معمول ( سه مرحله اي : 1121 درجه ، مدت 4 ساعت و سرد شدن در هوا + 843 درجه به مدت 24 ساعت و سرد شدن در هوا + 760 درجه به مدت 16 ساعت و سرد  شدن درهوا ) ريز ساختار U520 شامل فاز زمينه غني از Ni – Cr – CO است كه توسط رسوبات فاز هاي گاما پرايم به اندازه تقريبي   0.01-0.1 ميكرون سخت شده اند. مرز هاي دانه توسط كاربيد هاي M23C6 آرايش شده و كاربيد هاي MC نيز ممكن است در داخل مرز دانه وجود داشته باشند. فاز گاما پرايم عامل اصلي سخت كننده در ريز ساختار سوپر آلياژ UDIMET 520  مي باشد. اين فاز داراي ساختاري FCC بوده و در زمينه گاما به صورت مهسما رسوب مي نمايد. درصد وزني عناصر Al , Ti در سوپر آلياژ UDIMET 520 به گونه اي است كه فاز گاما پرايم حدود 30 درصد حجمي را تشكيل مي دهد. دماي انحلال گاما پرايم در زمينه اين سوپر الياژ 1107 درجه است اما در 1120 درجه حتي ذرات درشت گاما پرايم كه در طي مراحل اوليه توليد ايجاد شده اند، حل مي شوند. رسوب گذاري اين فاز در محدوده 760 تا 925 درجه صورت مي گيرد.

 رشد دانه گاما

 سينتيك رشد دانه فاز گاما در اين سوپر آلياژ كه نورد گرم شده مورد تحقيق قرار گرفته و مشخص شده است كه در سوپر آلياژ U520  دانه های گاما دو دماي GCT ( دماي خشن شدن دانه ها ) مي باشد : اول در حدود 1190 درجه و دوم در حدود 1250 درجه سانتي گراد. در درجه حرارت نخست علت رشد دانه، حل شدن كاربيد هاي MC و در دماي 1250 درجه علت، نشات گرفته از حل شدن فاز هاي كربو نيتريدي است. ( M(C,N)

فاز هاي كاربيدي

 بنا بر ادعاي شركت سازنده در ريز ساختار سوپر آلياژ U520 تنها دو نوع كاربيد MC,M23C6 وجود دارد. كاربيد اوليه در سوپر آلياژ U520 كاربيد MC ( غني از تيتانيوم ) است كه در اكثر سوپر الياژ هاي مورد استفاده در دماي بالا وجود دارد. اين نوع كاربيد داراي شبكه FCC بوده و در طي انجماد به صورت ذرات غير همگن در كل آلياژ و در محل مرز دانه ها توزيع مي شوند و با زمينه از لحاظ ساختاري هيچ تطابقي ندارد. اتمهاي فلزاتي چون موليبدن مي توانند در اين كاربيد جايگزين شوند و اين امكان را ايجاد مي كند كه كاربيد مذكور در سيكلهاي حرارتي بيشتر تجزيه شود و باعث شود كه بدون تاثير بر خواص مقدار كاربيد M23C6 به طور جزيي افزايش يابد. كاربيد M23C6  ( غني از كروم ) طي عمليات حرارتي پيرسازي در ريز ساختار ( عمدتا در مرز دانه، در راستاي خطوط دوقلويي و محلهاي نقص در چيده شدن ) شكل مي گيرند. 

فاز μ

فاز μ شباهت ساختاري زيادي با كاربيد M6C داشته و مي تواند بر روي ان جوانه زده و رشد كند اما در اين سوپر آلياژ، به دليل عدم تشكيل كاربيد M6C ، احتمال تشكيل فاز μ بعيد به نظر مي رسد. 

فاز σ 

بدليل شباهت زياد ساختاري و تطابق شبكه اي مناسب بين دو فاز σ و M23C6 احتمال مي رود فاز σ در سوپر آلياژ U520  تشكيل گردد. اما ادعا شده است كه با قرار گرفتن آلياژ به مدت 10000 ساعت در محدوده دمايي 700 الي 925 درجه فاز مذكور تشكيل نگرديده است.

فاز η

احتمال تشكيل فاز η با افزايش نسبت Ti به Al افزايش مي يابد. به طور مثال تشكيل فاز η در سوپر آلياژي با نسبت Ti به Al 10 گزارش شده است. اما در سوپر آلياژ u520  كه اين نسبت 1.5 است احتمال تشكيل فاز η بسيار ضعيف است.