Ni-bazlı süperalaşımların çökelme sertleşmesi davranışının thermo-calc simülasyonu ile incelenmesi

Yeni nesil güç sistemlerinde artan performans gereksinimi üstün mekanik özelliklere sahip yenilikçi malzemelerin kullanımını gerektirmektedir. Gelişmiş enerji santrallerinde veya kara tabanlı gaz türbinlerinde, çalışma sıcaklığının arttırılması doğrudan verimliliğin artmasına neden olur ve bu nedenle işletme maliyetinde önemli tasarruf sağlar. Bu kapsamda, çok kristal Ni-bazlı süperalaşımlar, üst düzey yüksek sıcaklık dayanımı, korozyon-oksidasyon direnci ve yüksek sıcaklık sürünme direncinin bir kombinasyonunu gerektiren uygulamalar için tercih edilen malzemeler olmuştur. Geleneksel türbin parçaları (rotor, ayırıcı, kanatçıklar) gibi enerji uygulamalarında kullanılan Ni-esaslı süperalaşımların tasarımı ve geliştirilmesinde çeşitli alaşım bileşimlerinde çeşitli alaşım elementleri bulunmaktadır. Ni-bazlı süperalaşımlar çoğunlukla, Ni3Al bileşimine sahip ve YMK-L12 düzenli kristal yapıdaki γ' çökeltilerinin bir YMK γ (Ni) matrisine gömüldüğü iki fazlı bir γ/γ' mikro yapısı sergilemektedir. γ' çökeltileri, mukavemete önemli katkı sağlarken alaşımın fiziksel özellikleri ise, Al, Ti, Ta ve Nb gibi elementlerin bölümlenme (parçalanma) davranışları ile kontrol edilmektedir. Cr, Co, Mo ve W gibi γ (Ni) matrisi tercih eden diğer alaşım elementleri katı çözelti güçlendirmesi veya korozyon direnci ile kafes uyumsuzluğu gibi özellikleri iyileştirmek için ilave edilmektedir. Ayrıca tane büyüklüğünü kontrol etmek veya tane sınırlarını güçlendirmek için eser miktarda B ve C eklenebilmektedir. Bu çalışmada Mo ve Co (%2 ve 4 at.%) alaşım elementi ilavesinin üçlü Ni-11Al-9Cr süperalaşımlarının katılaşma davranışı (solvus, solidus ve likuidus sıcaklıkları), yoğunluk, dağılma davranışı (γ matrisinde veya γ' fazında bulunma) çökelti yarıçapı, çökelti hacim oranı ve çökelti boyut dağılımı üzerine etkisi, hesaplamalı malzeme bilimi ile ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hesaplamalı malzeme mühendisliği tasarımı Thermo-Calc 2022a CALPHAD (Faz Diyagramlarının Hesaplanması) yaklaşımı kullanılarak ve faz diyagramları için TCNi11 termodinamik veri tabanı ile gerçekleştirilmiştir. Mo ilavesinin solvüs sıcaklığını arttırdığı, γ' çökelti boyutunu düşürdüğü ve çökeltilerin hacim oranını arttırdığı görülmüştür. Öte yandan Co ilavesi ile solvüs sıcaklığı az da olsa azalmış, çökelti boyutunda az bir azalma hacim oranında ciddi azalmalar meydana gelmiştir. Ayrıca Mo ve Co elementlerinin γ-Ni matris fazını tercih ettiği de görülmüştür.