سوپر الیاژ پایه کبالت

سوپرالیاژ کبالت پایه
چکیده
پس از معرفی سوپرآلیاژهای نیکل ، کبالت و تیتانیوم پایه در اوایل دهه‌ی 50 میلادی ، این مواد پس از مدت زمان نسبتا کوتاهی ماده اولیه و پشتوانه‌ی صنایع هوایی ، انرژی ، شیمیایی و حتی پزشکی شدند. ترکیب خواص فوق العاده مانند مقاومت در برابر خوردگی و شکست گرمایی و سازگاری زیستی ، مناسب بودن انتخاب این مواد را برای بسیاری از کاربردهای حیاتی اثبات می‌کند. 1 سوپرآلیاژهای کبالت پایه از طریق محلول جامد و کاربیدها استحکام بخشی می‌شوند. متاسفانه این سوپرآلیاژها را نمی‌توان به روش رسوب سختی استحکام داد. کبالت پایه‌ها در دمای بالاتر از حدودا 1000 درجهی فارنهایت منحنی تنش – شکست هموارتری نسبت به بقیه سوپرآلیاژها دارند. هم چنین از آن‌ها در کاربردهایی که تنش کم و دما بالا است ، استفاده می‌شود. 2 ممکن است آلیاژهای کبالت پایه در کل به صورت موادی غیر مغناطیسی ، مقاوم در برابر سایش و خوردگی و گرما (استحکام بالا حتی در دمای خیلی زیاد ) تعریف شوند. عمده خواص سوپرآلیاژ مانند استحکام بخشی از طریق محلول جامد ، اثر کرمیوم و مولیبدن و مقاومت در برابر خوردگی که حاصل از وجود کرومیوم است ، از طبیعت کریستالوگرافیک کبالت نشات می‌گیرد. آلیاژهای کبالت پایه به سختی ساخته و پرداخته می‌شوند ، و همین دلیل است که موجب شده تا کاربرد آن‌ها محدود شود ، ولی کار و تحقیق مستمر به توسعه‌ی روش‌های تخصصی ریخته گری منجر شد. 3
مقدمه
طراحان به مدت طولانی نیازمند موادی با استحکام بیشتر و مقاومت در برابر خوردگی بالاتری برای کاربرد در دماهای بالا بودند. فولادهای ضد زنگ در دهی دوم و سوم قرن بیستم توسعه یافته و به عنوان نقطه شروعی برای رفع نیازهای مهندسی در دماهای بالا به کار گرفته شدند. این فولادها به دلیل ظرفیت استحکام آن‌ها محدود تلقی شده و انجمن فلزکاران با معرفی " سوپر آلیاژ"های ضدزنگ گوناگون به افزایش تقاضا پاسخ دادند. 4
سوپرآلیاژها ، آلیاژهایی هستند که برای به کار گرفته شدن در دماهای بسیار بالا توسعه یافته‌اند به‌طوری‌که آلیاژ با تنش مکانیکی نسبتا شدیدی مواجه شده و به صورت مکرر پایداری سطح بالایی نیاز است.اگر چه کاربردهای سوپر آلیاژها در زمینه‌های مختلفی ریشه دوانده ، ولی نیروی محرکه‌ی توسعه‌ی آن‌ها موتور جت بوده‌است که همواره تحت دماها ی بالا کار می‌کند. 5 عبارت " سوپر آلیاژ " اولین بار مدت مدت کوتاهی پس از جنگ جهانی دوم برای تعریف کردن گروهی از آلیاژهای توسعه داده شده به منظور استفاده در سوپر توربو شارژرها و موتورهای توربین سازه‌های هوایی که نیازمند توان اجرایی بالا در دماهای زیاد هستند ، به کار برده شد. دامنه‌ی کاربردهای هر کدام از سوپر آلیاژها در زمینه‌های مختلفی گسترش یافته‌است. این دامنه اکنون شامل کاربردهای ذیل و بسیاری دیگر از کاربردها می‌باشد : توربین‌های گازی سازه‌های هوایی و زمینی ، موتور راکت‌ها ، زمینه‌های شیمیایی و سازه‌های نفتی.
سوپر آلیاژها به‌طور خاصی برای زمینه‌های مختلف کاربرد شان مناسب‌سازی شده‌اند ، که این به خاطر توانایی حفظ قسمت عمده‌ی استحکام حتی پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالای 650 0c به مدت طولانی می‌باشد.
سوپر آلیاژها بر پایه‌ی عناصر گروه VIIIB جدول تناوبی عناصر ساخته می‌شوند و معمولا شامل ترکیب‌های مختلفی از Fe , Ni , Co و Cr و هم چنین مقادیر کم‌تری از W , Mo , Ta , Nb Al , و Ti می‌باشد. سه گروه اصلی سوپر آلیاژها ، آلیاژهای نیکل پایه ، آهن پایه و کبالت پایه هستند. 6 در این پژوهش سعی بر این است که سوپر آلیاژهای نیکل پایه و به‌طور ویژه کبالت پایه مورد بحث و بررسی قرار گیرد.
سوپر آلیاژهای نیکل پایه به دلیل مقاومت فوق العاده‌ی آن‌ها در برابر اکسید شدن و هم چنین ویژگی‌های خزشی عالی در دماهای بالا ، به شدت در هوا فضا و حوزه‌ی انرژی کاربرد دارند و به‌طور خاص در قسمت‌های داغ موتور توربین استفاده می‌شوند. روش‌های معمول ریخته گری به دلیل پیچیدگی اعضا محدود هستند که این محدودیت منجر به محدودیت در برد عملیات و بازده می‌شود.سوپر آلیاژهای نیکل پایه و نیکل- آهن پایه آلیاژهایی هستند که تحت رسوب قرار گرفته‌اند و ساختار بلوری مکعب وجوه مرکز پر( FCC ) دارند. 7, 8
وجود سوپر آلیاژها در دهه‌های اخیر منجر به افزایش دمای ورودی توربین‌ها شده‌است و پیش‌بینی می‌شود که این روند افزایشی ادامه یابد. آزمایشگاه‌های ملی Sandia در حال مطالعه‌ی روش جدیدی برای تولید سوپرآلیاژها هستند که به پرتوکافت معروف است. این روش با استفاده از سنتز نانو ذرات یک میدان تحقیق متمایزی را برای نوآوری درآلیاژها و سوپر آلیاژها معرفی می‌کند. با توسعه‌ی اطلاعات پیرامون مبانی علم مواد در تشکیل این نانو ذرات ، این دید وجود دارد که ممکن است بتوان تحقیقات را در رابطه با جنبه‌های دیگر سوپرآلیاژها گسترش داد. البته روش پرتوکافت برای تولید آلیاژها معایبی نیز دارد. حدود نصف استفاده‌ی سوپر آلیاژها در کاربردهایی است که دمای محیط نزدیک دمای ذوب آلیاژ است در نتیجه رایج است که از تک بلورها استفاده شود. اما در پرتوکافت آلیاژهای چند بلوری تولید می‌شود که از میزان خزش غیر قابل قبولی رنج می‌برد. آینده‌ی توسعه‌ی آلیاژها روی کاهش وزن ، بهبود اکسید یافتن و مقاومت در برابر خوردگی با حفظ استحکام آلیاژ تمرکز می‌کند. علاوه بر این با افزایش تقاضا برای پره‌های توربین به منظور تولید برق تمرکز دیگر طراحی آلیاژ کاهش هزینه‌های سوپر آلیاژ هاست. 9, 10
چالش‌های قابل توجهی برای متالورژیست‌های سوپرآلیاژی آینده و گذشته باقی می‌ماند.مهم‌تر از همه ، نیاز است که فلز کاری فیزیکی سوپر آلیاژها بر پایه‌های کمی استوارتری بنا شود. مدل‌سازی کمی با استفاده از قوانین مهمی که به وسیله‌ی نظریه مدرن الکترون ، رفتار سینماتیکی حرکت نابه جایی‌ها و ابزار مدل‌سازی فرایند که به شیمی آلیاژها حساس اند ، به نمایش گذاشته می‌شوند ، در این زمینه کمک فراوانی می‌کند. از آن جا که فلز کاری سوپر آلیاژها اکنون در حالت بالایی از توسعه قرار دارد ، طراحی نسل بعدی آلیاژها نیازمند این خواهند بود و وجود همه جانبه‌ی سخت افزارهای محاسباتی و ابزارهای مدل‌سازی برای دست یابی به این هدف کمک خواهند کرد. 11
انواع سوپر آلیاژها
سوپر آلیاژهای مورد استفاده در صنعت با توجه به فلز پایه‌ی آن‌ها به سه گروه عمده‌ی زیر تقسیم می‌شوند :
سوپر آلیاژهای نیکل پایه
سوپر آلیاژهای آهن پایه
سوپر آلیاژهای کبالت پایه
این آلیاژها به‌طور خاص در دمای بین 1200 تا 1800 فارنهایت قابل استفاده می‌باشند. در حالی که این آلیاژها در نسبت استحکام به وزن و مقاومت در برابر اکسید شدن نسبت به یکدیگر برتری می‌یابند ، هر دو ویژگی در کاربردهای فضایی از لحاظ اهمیت اولویت دارند. 12
1.سوپر آلیاژهای نیکل پایه
آلیاژهای نیکل پایه را هم می‌توان از طریق تشکیل محلول جامد و هم از طریق رسوب سختی استحکام بخشید. آلیاژهایی مانند Hastelloy X که از طریق محلول جامد استحکام یافته‌اند در شرایطی که نیازمند استحکام متعادل است به کار می‌روند. در اکثر کاربردهای مورد نیاز ، مانند قسمت‌های داغ موتور توربین گازی آلیاژی که رسوب سختی داده شده‌است به کار می‌روند. اکثر سوپر آلیاژهای نیکل پایه شامل 10- 20 درصد کرم ، تا 8 درصد آلومینیوم و تیتانیوم ، 5 – 10 درصد کبالت و مقادیر کمی از بور ، زرکونیم وکربن می‌باشد. 6
آلیاژهای نیکل پایه را هم می‌توان در حالت ریخته گری شده استفاده کرد و هم به صورت نورد . شروع توسعه‌ی سوپر آلیاژهای ریخته گری متشکل از عملیات حرارتی ساده و سپس سرد کردن و پس از آن پیرسازی در دمای 760 درجه‌ی سلسیوس به مدت 12 ساعت بود تا زمانی که فاز گاما پرایم به‌طور کامل توسعه یابد. 13
لیستی از سوپرآلیاژهای نیکل پایه با اطلاعاتی در مورد ترکیبات آن‌ها وکاربردها در ادامه ارائه شده‌است :
آلیاژ Inconel 600 ( 76 درصد نیکل – 15 درصد کرم – 8 درصد آهن) ماده‌ای استاندارد برای ساخت رآکتورهای هسته‌ای است و هم چنین در صنعت شیمیایی در هیترها ، دستگاه تقطیر ، لوله‌های تبخیر و متراکم‌کننده‌ها استفاده می‌شود.
آلیاژ Nimonic 75 (80 درصد نیکل – 20 درصد کرم به همراه مقادیری تیتانیوم و کربن) در مهندسی توربین‌های گازی ، تجهیزات عملیات حرارتی و اجزای کوره کاربرد دارد.
Waspoly ( 60 درصد نیکل – 19 درصد کرم – 4 درصد مولیبدن – 3 درصد تیتانیوم – 1.3 درصد آلومینیوم) آلیاژ مناسبی برای کاربرد در موتور جت می‌باشد.
Rene N6 (4 درصد کرم – 6 درصد کبالت - 1 درصد مولیبدن – 6درصد تنگستن – 7 درصد تانتال – 5.8 درصد آلومینیوم) نسل سوم سوپر آلیاژهای تک بلور برای استفاده در موتور جت
TMS 162 (3 درصد کرم – 6 درصد کبالت – 4 درصد مولیبدن – 6 درصد تنگستن – 6 درصد تانتال – 6 درصد آلومینیوم – 5 درصد رنیم – 6 درصد روتنیم و باقی نیکل) نسل پنجم سوپر آلیاژهای تک بلور برای پره‌های توربین
به عنوان مثال‌های دیگری از سوپرآلیاژهای پایه نیکل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :
آلیاژ X 750 – ATI 718 PLUS – Nimonic 90 - Alloy 601 – آلیاژ X 14
2.سوپر آلیاژهای آهن پایه
این گروه ازآلیاژها در برنامه‌ی توسعه‌ی سوپر آلیاژها کم‌ترین بهره را برده‌اند. ممکن است دلیل عدم اعتماد به این گروه پایین بودن خصوصیات استحکامی آن‌ها در مقایسه با سوپرآلیاژهای نیکل پایه و کبالت پایه باشد ، ولی در کاربردهایی که نیازمند مقاومت در برابر شک گرمایی و مقاومت در برابر خوردگی به خاطر اکسید شدن و کاهش اتمسفر است ، این گروه از سوپر آلیاژها بسیار مناسب هستند. ترکیب شیمیایی این آلیاژها خصوصیات و ساختار متالورژیکی آن‌ها را مشخص می‌کند. مستحکم‌ترین و سفت‌ترین آلیاژها ، آلیاژهای آستینیتی با ترکیبات مختلف نیکل – کرم با آهن هستند که متناسب با نوع کاربرد آن‌ها تولید می‌شوند. شرایط کاربردی مانند مقاومت در دمای بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و کربورازیسیون ، انعطاف‌پذیری کمینه ، آستانه‌های تحمل و هزینه. 12 سوپرآلیاژهای آهن پایه ارزانتر از نوع نیکل پایه و کبالت پایه هستند. این دسته از الیاژها سه نوع اند : آلیاژهایی که می‌توان آن‌ها را با یک تبدیل نوع مارتینزیتی استحکام بخشید ، آلیاژهایی که آستینیتی هستند و می‌توان با یک سری کار سرد و گرم ( معمولا تغییر شکل در دمای 2000 درجه‌ی فارنهایت تا 2100 و سپس اتمام عملیات در 1200 تا 1600 درجه‌ی فارنهایت ) آن‌ها را مستحکم کرد و آلیاژهای آستینیتی که به روش رسوب سختی استحکام می‌یابند. در کل نوع مارتینزیتی در دماهای زیر 1000 درجه‌ی فارنهایت و نوع آستینیتی در دماهای بالای 1000 درجه‌ی فارنهایت به کار برده می‌شوند. 15
سوپر آلیاژهای سری AISI 600 از 6 زیرگروه آلیاژ آهن پایه تشکیل شده‌اند : 15
601 تا 604 : فولادهای مارتینزیتی آلیاژ پایین
610 تا 613 : فولادهای مارتینزیتی ثانویه سخت شده
614 تا 619 : فولادهای مارتینزیتی کرومیوم
630 تا 635 : فولادهای ضد زنگ نیمه آستینیتی و مارتینزیتی رسوب سختی شده
650 تا 653 : فولادهای آستینیتی استحکام یافته با کار سرد / گرم
660 تا 665 : سوپر آلیاژهای آستینیتی همه به جز 661 به وسیله‌ی رسوب فاز ثانویه سختی داده شده‌اند.
سوپر آلیاژهای کبالت پایه
سوپر آلیاژهای نیکل پایه در دماهای خیلی بالا دارای محدودیت‌هایی هستند ، در نتیجه اجزای محقظه‌ی احتراق را ، جایی که دما تا 1100 درجه‌ی سلسیوس نیز ممکن است بالا رود ، معمولا از آلیاژهای کبالت پایه استفاده می‌کنند. سوپر آلیاژهای کبالت پایه از نظر قوت از سوپر آلیاژهای نیکل پایه ضعیفتر هستند ولی می‌توانند استحکام خود را تا دماهای بالاتری حفظ کنند. قسمت عمده‌ای از استحکام آن‌ها از کربیدهای مقاوم فلزات (ترکیب کربن و فلزاتی مانند تنگستن و مولیبدن) ناشی می‌شود ، که تمایل دارند آن‌ها را در مرز دانه‌ها جمع کنند. این شبکه از کربیدها مرز دانه هارا استحکام می‌بخشد و آلیاژ تا نزدیک دمای ذوب پایدار می‌ماند. علاوه بر فلزات و کربید فلزات مقاوم ، سوپر آلیاژهای کبالت پایه دارای مقداری کرم هستند تا مقاومت آن‌ها را در مقابل خوردگی که به‌طور عادی در حضور گازهای عادی رخ می‌دهد ، افزایش دهد. اتم‌های کرم با اتم‌های اکسیژن واکنش می‌دهند تا لایه‌ی محافظ Cr2O3 را که از آلیاژ در مقابل گازهای خورنده محافظت می‌کند ، تشکیل دهند. با این که سوپر آلیاژهای کبالت پایه به سختی نیکل پایه‌ها نیستند ، ولی مانند سوپر آلیاژهای دیگر نسبت به شکست در اثر شوک‌های گرمایی حساس نیستند. بنابراین سوپر آلیاژهای کبالت پایه برای قطعه‌هایی که نیاز است روی آن‌ها کار انجام شود یا جوش داده شوند( مانند ساختارهای پیچیده‌ی محفظه‌های احتراق ) ، مناسب‌تر است. 1
متاسفانه آلیاژهای کبالت پایه در مقایسه با نیکل پایه‌ها بهره‌ی کمتری از توسعه برده‌اند. یک توضیح جزیی برای این مسئله می‌تواند این باشد که دولت‌ها امکانات و حمایت لازم را از تحقیقات مربوطه نداشته‌اند و در نتیجه نتیجه تعداد کمی موسسات وقت خود را صرف مطالعات در مورد سوپرآلیاژهای کبالت پایه کرده‌اند. شروع توسعه‌ی سوپر آلیاژهای کبالت پایه با استفاده در پره‌های توربین گازی صورت گرفت که مقاومت بسیار عالی در برابر خزش و اکسید شدن و ویژگی‌ها شکست تا دمای 2000 درجه‌ی فارنهایت نشان دادند. در نتیجه میدان کاربرد آن‌ها تا استفاده در پره‌ها و چرخ‌های توربین در دمای بالا ، توربو سوپرشارژرها و تجهیزات نیروگاهی پیش رفت.
در سوپر آلیاژهای کبالت پایه ، نیکل را اضافه می‌کنند تا ساختار کریستالوگرافی کبالت در دمای بالا پایدار شود. بور نیز برای بهبود خصوصیات مکانیکی در دماهای بالا به آلیاژهای ریخته گری اضافه می‌شود و تیتانیوم برای بهبود استحکام دمایی آلیاژهای نورد دیده اضافه می‌شود. پایداری بیشتر سوپرآلاژهای کبالت پایه نسبت به نیکل پایه سبب پر کاربرد بودن آن‌ها در دماهای بالای 1600 درجه‌ی فارنهایت می‌شود. شکل 1 پایداری آلیاژهای مختلف کبالت را در دماهای مختلف نشان می‌دهد. 12
انواع سوپرآلیاژهای کبالت پایه
سه گروه اصلی آلیاژهای پایه کبالت را می‌توان به صورت زیر در نظر گرفت :
آلیاژهایی که در دماهای بالا در محدوده‌ی 650 تا 1150 درجه‌ی سانتی گراد مورد استفاده قرار می‌گیرند. مانند S – 816 ، HAYNES 25 ، HAYNES 18825 ، HAYNES 55625 ،50 UMCO
آلیاژهایی که تا حدود 650 درجه‌ی سانتی گراد به کار می‌روند. نظیر TN3MP ، MP 159
آلیاژ مقاوم به سایش Stellite B 6
آلیاژ HAYNES 2525 بیشترین کاربرد را در آلیاژهای کبالت پایه داشته و در ساخت قطعات گرمکار ، نظیر توربین‌های گازی ، اجزای رآکتورهای هسته‌ای ، ایمپلنت‌های جراحی و غیره مورد استفاده قرار گرفته‌اند. آلیاژهای گروه کبالت پایه که شامل کرم – تنگستن – کربن باشند معروف به آلیاژهای Stellite بوده که به شدت مقاوم به سایش می‌باشند. این گروه معمولا در مواردی که مقاومت سایشی در دجه حرارت‌های بالا مورد نیاز باشد به کار می‌روند. در واقع سختی این مواد در دمای بالا حفظ شده و در مواقعی که نمی‌توان در حین کار روغن کاری انجام داد به خوبی مورد استفاده قرار می‌گیرند. دو جدول ارائه شده‌ی زیر ترکیبات و چندی از کاربردهای سوپر آلیاژهای کبالت پایه را نشان می‌دهند. 16
کاربردهای سوپر آلیاژهای کبالت پایه
توربین‌های هوایی و زمینی
سوپر آلیاژهای کبالت پایه برای کاربردهای غیر دورانی – که سطح تنش پایین‌تر از اجزای دورانی است - در دمای بالا و مقاوت در برابر خزش و خستگی بسیار مناسب‌سازی شده‌اند. به همین دلیل پره‌های توربین واجزای استاتیکی غیر دورانی دیگر را همواره با سوپرآلیاژهای کبالت طراحی می‌کنند. کم‌تر بودن ضریب انبساط گرمایی کبالت نسبت به سوپرآلیاژهای نیکل و رسانایی گرمایی بهتر آن سبب شده‌است که کبالت انتخاب مناسبی برای کاربردهایی باشد که خستگی گرمایی مسئله‌ای غیر قابل چشم پوشی در طراحی برای این موارد است. با توجه به نیاز برای طول خدمت طولانی ، معیارهای کاربردهای زمینی به تدریج در حال سخت‌تر شدن است ( در برخی موارد شدید‌تر از همتاهای هوایی ). 1
اعضای کاشتنی جراحی و پزشکی
آلیاژی تحت عنوان اختصاصی ویتالیوم از دهه‌ی چهل قزن اخیر شناخته شده‌است. امروزه این آلیاژ برای کاشته‌های ارتوپدی ، به خصوص به عنوان مفصل ران و زانوی مصنوعی به کار می‌رود. به صورت کلی از این آلیاژ با توجه به طراحی ASTM آن به نام F – 75 یاد شده و شامل 29 درصد کرم و 6 درصد مولیبدن می‌باشد. در حالی که معیارهای ASTM میزان کربن را در 0.35 درصد محدود می‌کند ، تولیدکننده‌های ایمپلنت‌های جراحی میزان کم‌تری کربن و به‌طور عمدی آلیاژسازی با نیتروژن را انتخاب کرده‌اند. اضافه شدن نیتروژن سبب شده‌است تا آلیاژ کبالت – کرم – مولیبدن استحکام بالایی کسب کند و انعطاف‌پذیری بالا داشته باشد بدون این که مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری زیستی عضو ، قربانی این فرایندها شود. ایمپلنت‌های ساخته شده از آلیاژ کبالت – کرم – مولیبدن را می‌توان از طریق ریخته گری ، چکش کاری یا فناوری پودر متالورژی تولید کرد. 1
آلیاژهای مقاوم به سایش کبالت پایه
آلیاژهای کبالت پایه‌ی کرم – تنگستن – کربن که به Stellite معروفند در مقابل سایش بسیار مقاوم‌اند. در نتیجه درکاربردهایی که احتمال سایش وجود دارد بسیار کارآمد است. این آلیاژهای کبالت را می‌توان در هر فرایند جوشکاری به کار برد ، مخصوصا این که بسیار مناسب استفاده در مواردسخت کردن سطحی است. آلیاژهای کبالت پرکاربردترین مواد سطح سخت مقاوم در برابر سایش هستند. ترکیب فوق العاده‌ی مقاومت در برابر سایش با مقاومت در برابر خوردگی و استحکام این آلیاژها
سبب سازگاری آن‌ها با هر محیط کاری نامساعد شده‌است. در این زمینه آلیاژهای ذیل بیش‌ترین استفاده را داشته‌اند : Stellite 1 ، Stellite 3 ، Stellite 4 ، Stellite 6 ، Stellite 6B ، Stellite 6K ، Stellite 12 ، Stellite 21 ، Stellite 25 ، Stellite 31 ، Stellite 190 ، Stellite 694 ، Stellite 706 ، Stellite 712 ، Stellite F ، Stellite Star J 17
مقایسه‌ی سوپرآلیاژ کبالت پایه با نیکل پایه
1.مزیت‌ها
دمای ذوب بالاتر و منحنی تنش – شکست یکنواخت‌تر
مقاوکت بیشتر در برابر خوردگی در اثر گرما در اتمسفر آلوده‌ی توربین گازی به خاطر وجود کرم در ساختار سوپرآلیاژ
قابلیت جوش داده شدن بیشتر و مقاومت بیشتر نسبت به سوپرآلیاژهای نیکل پایه در برابر خستگی گرمایی
2.ضعف‌ها
استحکام پایین‌تر
انعطاف‌پذیری کمتر و چقرمگی شکست بیشتر در دماهای محیط 16
فرصت‌های محدود برای بهبود جریان آلیاژ‌ها
بحث و نتیجه گیری
سوپر آلیاژهای کبالت از لحاظ قوت ، ضعییف‌تر از سوپرآلیاژهای نیکل هستند ولی از آن جا که می‌توانند استحکام خود را در شرایط دمایی بالا بیشتر از آلیاژهای نیکل حفظ کنند ، می‌توانند در کاربرد با آن‌ها رقابت کنند. ایجاد استحکام کافی در دمای بالا در این آلیاژها بر اساس استحکام بخشی محلول جامد و کاربیدی پخش شده استوار است. پخش مناسب کاربیدها از طریق عملیات گرمایی مناسب و افزایش کافی کربن مثلا 3 درصد و عناصر کاربیدزا مانند تیتانیوم و زرکونیم انجام می‌شود.هم چنین آلیاژهای کبالت هم به صورت کار شده و هم ریختگی قابل استفاده‌اند.
سوپر آلیاژهای کبالت و آهن و نیکل پایه معمولا دارای ساختار بلوری با شکل مکعب وجوه مرکز دار( FCC ) است. آهن و کبالت در دمای اتاق دارای ساختار FCC نیستند ولی نیکل در هر دمایی این ساختار بلوری را داراست. در نتیجه در فرایند تولید سوپرآلیاژهای کبالت پایه مقداری نیکل به ترکیب اضافه می‌شود تا سطح پایداری ساختار را بالا برده و بلور FCC آلیاژ کبالت حاصل به مدت طولانی پایدار بماند.
آلیاژها به تبع ترکیباتی که دارند و با توجه به نوع عملیات حرارتی که پس از تغییر شکل یا ریخته گری روی آن‌ها انجام شده‌است ، خواص مکانیکی متفاوتی خواهند داشت. با توجه به کاربردی که مد نظر است آلیاژ را انتخاب کرده و فرایندهای لازم را روی آن انجام می‌دهند. نیازهایی که سوپر آلیاژهای حاضر قادر به پاسخگویی نبوده‌اند نیروی محرکه‌ای شده برای تحقیق و توسعه‌ی آلیاژهای مختلف. برای کار در دماهای خیلی بالا می‌توان از سوپرآلیاژ نیکل پایه استفاده کرد ، هم چنین توسعه‌ی آلیاژ کبالت سبب شده که بتوان آن را به جای نیکل به مدت طولانی‌تری کار برد و به علاوه ، در کاربردهایی مانند ایمپلنت‌های جراحی که نیکل پایه‌ها محدودیت نشان دادند با توسعه‌ی کبالت پایه‌ها و تیتانیوم پایه‌ها از این آلیاژها استفاده شد. به این ترتیب دنیای بزرگ سوپرآلیاژها بیشتر از این‌ها جای پیشروی و تحقیق و توسعه دارد و با تغییر ترکیب‌ها و فرایندهای روی نمونه می‌توان ماده‌ای برای رفع نیاز مورد نظر تولید کرد.