توصيفگر ها :
آلياژ كبالت - كروم - موليبدن , آنيل انحلالي , پيرسازي , دماي آنيل , زمان نگهداري , فازهاي ثانويه , نرخ سرمايش
چكيده فارسي :
آلياژ كبالت - كروم - موليبدن (Co-Cr-Mo) به دليل خواص مكانيكي مطلوب و زيستسازگاري بالا، در صنايع پزشكي و هوافضا كاربرد گستردهاي دارد. عمليات حرارتي آنيل انحلالي و پيرسازي نقش مهمي در بهبود ريزساختار و خواص مكانيكي اين آلياژ ايفا ميكند. در اين پژوهش، تأثير دما، زمان و نرخ سرمايش در عمليات آنيل انحلالي بر ريزساختار و كسر حجمي فازهاي ثانويه و همچنين اثرات عمليات پيرسازي مورد بررسي قرار گرفت. نمونهها در دماهاي ℃ 1125 ، ℃ 1175 و ℃ 1225 به مدت 1 و 3 ساعت تحت آنيل انحلالي قرار گرفتند و در محيطهاي كوره، هوا و آب سرد شدند. نمونههاي بهينه در دماي ℃ 850 به مدت10 ساعت پيرسازي شدند. جهت ارزيابي تغييرات ريزساختاري، نمونهها با استفاده از ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشري ميداني(FE-SEM) و آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) مورد بررسي قرار گرفتند. همچنين، كسر حجمي فازهاي ثانويه از طريق دو روش آناليز تصاوير و آناليز توسط الگوي پراش اشعه ايكس محاسبه شد. به منظور بررسي خواص مكانيكي، آزمون هاي كشش و ريزسختي سنجي مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه افزايش دما و زمان آنيل باعث كاهش كسر حجمي فازهاي ثانويه، يكنواختتر شدن ريزساختار و تشكيل فازهاي ثانويه كروي در ساختار آلياژ ميشود. عمليات آنيل انحلالي در دماي ℃ 1225 و زمان 3 ساعت همراه با سرمايش در آب و هوا كمترين كسر حجمي فازهاي ثانويه را ايجاد كرد. در حالي كه سرمايش در كوره منجر به رشد رسوبات و تشكيل مجدد فازهاي ثانويه شد. عمليات پيرسازي باعث افزايش استحكام كششي آلياژ به بالاتر از 600 مگاپاسكال و ازدياد طول در محدوده 8 تا 10 درصد گرديد. همچنين، سختي آلياژ بعد از پيرسازي براي نمونههاي آنيل انحلالي شده به ترتيب از HV 3/8 263 ± به HV 0/9 384 ± براي نمونههاي سرد شده در هوا و از HV 4/10 246 ± به HV 3/12 372 ± براي نمونههاي سرد شده در آب افزايش يافت. شرايط بهينه آنيل ( دماي ℃ 1225، به مدت 3 ساعت، همراه با سرمايش در آب يا هوا)، به همراه پيرسازي در دماي ℃850 و زمان 10 ساعت، منجر به تشكيل ريزساختاري يكنواخت و خواص مكانيكي بهبود يافته شد. اين نتايج ميتوانند در بهينهسازي فرآيندهاي توليد آلياژ كبالت - كروم - موليبدن ريختهگري براي كاربرد در كاشتنيهاي زانو مورد استفاده قرار گيرند.
چكيده انگليسي :
Cobalt-chromium-molybdenum (Co-Cr-Mo) alloy is widely used in the medical and aerospace industries due to its favorable mechanical properties and high biocompatibility. Solution annealing and aging heat treatment play an important role in improving the microstructure and mechanical properties of this alloy. In this study, the effect of temperature, time, and cooling rate in solution annealing on the microstructure and volume fraction of secondary phases, as well as the effects of aging, were investigated. The samples were solution annealed at 1125 ℃, 1175 ℃, and 1225 ℃ for 1 and 3 hours and cooled in furnace, air, and water environments. The optimized samples were aged at 850 ℃ for 10 hours. To evaluate the microstructural changes, the samples were examined using optical microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and X-ray diffraction (XRD) analysis. Also, the volume fraction of secondary phases was calculated through two methods of image analysis and X-ray diffraction pattern analysis. In order to investigate the mechanical properties, tensile and microhardness tests were used. The results showed that increasing the annealing temperature and time caused a decrease in the volume fraction of secondary phases, a more uniform microstructure, and the formation of spherical secondary phases in the alloy structure. Solution annealing at a temperature of 1225℃ and a time of 3 hours along with cooling in water and air created the lowest volume fraction of secondary phases. While cooling in the furnace led to the growth of precipitates and the re-formation of secondary phases. Aging treatment increased the tensile strength of the alloy to above 600 MPa and elongation in the range of 8 to 10 percent. Also, the hardness of the alloy after aging for solution annealed samples increased from 263± 8.3 HV to 384± 9 HV for air-cooled samples and from 246± 10.4 HV to 372± 12.3 HV for water-cooled samples, respectively. The optimal annealing conditions (temperature 1225℃, for 3 h, with cooling in water or air), along with aging at 850℃ for 10 h, resulted in the formation of a uniform microstructure and improved mechanical properties. These results can be used in the optimization of the production processes of cast cobalt-chromium-molybdenum alloys for use in knee implants.