ارزیابی تأثیر پارامترهای دما، زمان و نرخ سرمایش عملیات آنیل انحلالی بر ریزساختار و فازهای ثانویه آلیاژ کبالت-کروم-مولیبدن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 بخش مواد پیشرفته و انرژی‌های تجدیدپذیر، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف: آلیاژ کبالت-کروم-مولیبدن به‌دلیل خواص مکانیکی مطلوب و زیست‌سازگاری، در صنایع پزشکی و هوافضا کاربرد گسترده‌ای دارد. آنیل انحلالی، نقش مهمی در بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی این آلیاژ ایفا می‌کند. هدف این پژوهش، بررسی تأثیر دما، زمان و نرخ سرمایش آنیل انحلالی بر ریزساختار و فازهای ثانویه آلیاژ کبالت-کروم-مولیبدن می‌باشد.
مواد و روش‌ها: آنیل انحلالی در دماهای 1125، 1175 و 1225 درجه سانتی‌گراد در زمان‌های یک و سه ساعت انجام شد. پس از آنیل، نمونه‌ها تحت سردسازی در محیط‌های کوره، هوا و آب قرار گرفتند. ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی و آنالیز پراش پرتو ایکس مورد مطالعه قرار گرفت. کسر حجمی فازهای ثانویه با تحلیل تصاویر تعیین شد. همچنین برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون کشش و میکروسختی استفاده گردید.
یافته‌ها: با افزایش دما و زمان، میزان انحلال فازهای ثانویه افزایش یافته و ریزساختار یکنواخت‌تر شد. سرمایش سریع در آب موجب کاهش چشمگیر کسر حجمی فازهای ثانویه از 1/07±19/4 درصد به 0/2±1/0 درصد گردید. در مقابل، سرمایش کند در کوره سبب رشد دانه‌ها و تشکیل مجدد برخی فازها شد. نتایج مکانیکی نشان داد که سختی نمونه‌ها در شرایط سرمایش در آب و هوا به حداقل مقدار خود رسید.
نتیجه‌گیری: عملیات آنیل انحلالی در دمای 1225 درجه سانتی‌گراد به مدت سه ساعت، همراه با سرمایش سریع در آب یا هوا، بیشترین اثر را در انحلال فازهای ثانویه و بهبود یکنواختی ریزساختار داشت. این شرایط موجب ارتقاء خواص مکانیکی آلیاژ کبالت-کروم-مولیبدن گردید و می‌تواند به‌عنوان شرایط بهینه برای بهبود عملکرد این آلیاژ معرفی شود. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Effect of Temperature, Time, and Cooling Rate Parameters of Solution Annealing on the Microstructure and Secondary Phases of Co-Cr-Mo Alloy

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hasan Ashrafi 1
  • Ali Shafiei 1
  • Mostafa Milani 2
  • Mahdi Mirzaaghaei 3
1 Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Advanced Materials and Renewable Energies Department, Iranian Research Organization for Science and Technology, Tehran, Iran
3 Faculty of Metallurgical and Materials Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: Cobalt–chromium–molybdenum (Co–Cr–Mo) alloy, owing to its favorable mechanical properties and biocompatibility, is widely used in medical and aerospace industries. Solution annealing plays a crucial role in improving the microstructure and mechanical properties of this alloy. The aim of this study is to investigate the effect of temperature, holding time, and cooling rate during solution annealing on the microstructure and secondary phases of Co–Cr–Mo alloy.
Materials and Methods: Solution annealing was performed at 1125, 1175, and 1225 °C for 1 and 3 hours. After annealing, the samples were cooled in furnace, air, and water environments. The microstructure was examined using optical microscopy, field-emission scanning electron microscopy, and X-ray diffraction analysis. The volume fraction of secondary phases was determined by image analysis. In addition, tensile and microhardness tests were conducted to evaluate the mechanical properties.
Results: Increasing the annealing temperature and time enhanced the dissolution of secondary phases and led to a more homogeneous microstructure. Rapid cooling in water significantly reduced the volume fraction of secondary phases from 19.46±1.07% to 1.03±0.02%. In contrast, slow cooling in the furnace resulted in grain growth and re-precipitation of some phases. Mechanical tests revealed that the hardness of the samples reached its minimum value under water and air cooling conditions.
Conclusion: Solution annealing at 1225°C for 3 hours, followed by rapid cooling in water or air, had the most pronounced effect on dissolving secondary phases and improving microstructural homogeneity. This condition enhanced the mechanical properties of the Co–Cr–Mo alloy and can be considered as the optimal heat treatment parameters for improving the performance of this alloy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Co–Cr–Mo alloy
  • Solution annealing
  • Annealing temperature
  • Holding time
  • Secondary phases
  • Microstructure
  • Cooling rate

تحت نظارت وف ایرانی