Rola mikrostruktury w ocenie wrażliwości do pęknięć likwacyjnych polikrystalicznego nadstopu niklu

• Autorzy: Rakoczy Ł. , Zielińska-Lipiec A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2018.4.6

Warianty tytułu

EN

The role of the microstructural constituents in evaluation the susceptibility to cracking of polycrystalline Ni-based superalloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przeprowadzono charakterystykę składników mikrostrukturalnych w nadstopie na osnowie niklu oraz ich rolę w kontekście wrażliwości wybranego nadstopu do pęknięć likwacyjnych po spawaniu łukowym elektrodą nietopliwą. Materiał dostarczony w postaci odlewu charakteryzował się znaczną niejednorodnością, związaną z różną zawartością pierwiastków w rdzeniach dendrytów i w przestrzeniach międzydendrytycznych. W trakcie obserwacji za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej zaobserowano stosunkowo duży udział wydzieleń fazy międzymetalicznej γ’ w rdzeniach dendrytów. W przestrzeniach międzydendrytycznych, w wyniku segregacji pierwiastków stopowych, w trakcie krzepnięcia odlewu wydzieliły się wyspy eutektyczne γ/γ’, jak również węgliki bogate w pierwiastki trudnotopliwe, mianowicie Hf i Ta. Ciepło wprowadzone do materiału w trakcie spawania doprowadziło w strefie wpływu ciepła do częściowego rozpuszczenia wydzieleń fazy γ’ w osnowie γ. Tworząca się w wysokiej temperaturze cienka nierównowagowa warstewka cieczy zaobserwowana lokalnie wzdłuż granic dendrytów była czynnikiem sprzyjającym do zainicjowania pęknięć i ich rozprzestrzeniania się w trakcie chłodzenia. Na podstawie przeprowadzonej analizy stwierdzono, że ciecz pojawiała się w wyniku nierównowagowego nadtapiania głównie wydzieleń fazy międzymetalicznej γ’.

EN

In the present study, the characterization of microstructural constituents in the Ni-based superalloy was carried out, as well as their role in the susceptibility to liquation cracking in heat affected zone during tungsten inert gas. The casting was characterized by considerable heterogeneity in the dendrite cores and interdendritic spaces. During scanning electron microscopy investigation significant volume fraction of cubic- and spherical-shaped precipitates of γ’ phase in dendrite cores was observed. In interdendritic spaces, as a result of the segregation of alloying elements during the solidification of the casting, eutectic γ/γ’ islands and carbides rich in refractory elements, namely Hf and Ta were also present. In the heat affected zone, heat input induced by welding led to partially dissolving of the γ’ precipitates in the surrounding γ matrix channels. A thin non-equilibrium liquid film that a appeared locally along the grain boundaries in the HAZ was a key factor in the initiation of cracks and their spreading during cooling. Based on the observation, it was found that the liquid phase appeared as a result of constitutional liquation.

Słowa kluczowe

PL

pęknięcia likwacyjne; nierównowagowe nadtapianie; nadstop niklu; HFC; TaC

EN

liquation cracking; constitutional liquation; superalloy; HFC; TaC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 85, nr 4
• Strony: 125--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rakoczy Ł.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Zielińska-Lipiec A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Arabi Hossein, Saeed Rastegari, Mahdi Mirhosseini, Bagher Sadeghi. 2013. „Effect of cooling rates from partial solution temperature and aging on γ’ precipitation in IN792 superalloy”. Materials Science and Technology 29 (12): 1513-1517.
• [2] Baldan Ahmet. 1991. „Effects of growth rate on carbides and microporosity in DS200+ Hf superalloy”. Journal of Materials Science 26: 3879-3890.
• [3] Böllinghaus Thomas. 2005. „Hot cracking phenomena in welds”. Springer-Verlag.
• [4] Chen Jian, Sang Jin Lee. 1998. „MC carbide formation in directionally solidified MAR-M247 LC superalloy”. Materials Science and Engineering A247:113–125.
• [5] Donachie Mathew, Stephen Donachie. 2002. „Superalloy A technical guide”. ASM International.
• [6] Dupont John, John Lippold, Samuel Kiser. 2009.„Welding metallurgy and weldability of nickel base alloys”. A John Wiley & Sons, INC., Publication.
• [7] Franciszek Bińczyk, Józef Śleziona, Jan Cwajna, Stanisław Roskosz. 2008. „ATD and DSC analyses of nickel superalloys”. Archives of Foundry Engineering Vol. 8 I.3: 5-8.
• [8] Kunze Karsten, Thomess Etter, Jurgen Grasslin, Valery Shklover. 2015. „Texture, anisotropy in microstructure and mechanical properties of IN738LC alloy processed by selective laser melting (SLM)”. Materials Science and Engineering A 620: 213-222.
• [9] Lachowicz Maciej, Włodzimierz Dudziński, Marzena Lachowicz. 2008. „TEM observation of the heat-affected zone in electron beam welded superalloy Inconel 713C”. Materials Characterization 59 (5): 560-566.
• [10] Montazeri Mojtaba, Farshid Malek Ghaini, Olanrewaju Ojo. 2013. „Heat input and the liquation cracking of laser welded IN738LC superalloy”. Welding Journal 92: 258-264.
• [11] Ojo Olanrewaju, Norman Richard, Mahesh Chaturvedi. 2004. „Contribution of constitutional liquation of gamma prime precipitate to weld HAZ cracking of cast Inconel 738 superalloy”. Scripta Materialia 50: 641-646.
• [12] Pepe Joseph, Warren Savage. 1970. „The weld heat-affected zone of the 18Ni Maraging Steels”. Welding Journal 49: 545-553.
• [13] Rakoczy Łukasz, Anna Zielińska-Lipiec, Lechosław Tuz, Krzysztof Pańcikiewicz. 2017. „Analiza mikrostrukturalna i charakterystyka pęknięć po spawaniu łukowym nadstopu niklu”. Hutnik Wiadomości Hutnicze t.84 nr 4: 156-161.
• [14] Rakoczy Łukasz, Anna Zielińska-Lipiec, Lechosław Tuz, Tomasz Góral. 2017. „Pękanie likwacyjne powstałe w wyniku oddziaływania wiązki lasera Nd-YAG w wybranych nadstopach na osnowie niklu”. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa 1: 42-46.
• [15] Rakoczy Łukasz, Lechosław Tuz, Krzysztof Pańcikiewicz. 2015. „Hot cracking of nickel-based superalloy turbine blade”.Metallurgy and Foundry Engineering vol.41 no.4: 181-188.
• [16] Rakoczy Łukasz, Małgorzata Grudzień, Anna Zielińska-Lipiec. 2018. „Contribution of microstructural constituents on hot cracking of MAR-M247 nickel based superalloy ”. Archives of Metallurgy and Materials 63,1: 181-189.
• [17] Reed Roger, Carthie Rae. 2014.„Physical metallurgy 5th edition: 22. Physical metallurgy of the Nickel-Based superalloys”. Elsevier.
• [18] Roger Reed. 2006. „The superalloys Fundamentals and Application”. Cambridge: Cambridge University Press.
• [19] Rosenthal Ruben, David Richard Frederick West. 1999. „Continuous γ’ precipitation in directionally solidified IN738LC alloy”. Materials Science and Technology 15 (12): 1387-1394.
• [20] Roskosz Stanisław, Cygan Rafał. 2016.„ Investment casting parameters impact on IN 713C nickel-based superalloy microstructure”. Inżynieria Materiałowa Vol. 37 nr 2: 59-64.
• [21] Sluiter Marcel, Pea Turchi, Frank Pinski, George Stocks. 1992.„Theoretical Study of Phase Stability in Ni-AI and Ni-Ti Alloys”. Journal of Phase Equilibria Vol.13 No. 6: 605-611.
• [22] Wangyao Panyawat, Lothongkum Gobboon, Krongtong Viyaporn , Pailai Saruti, Polsilapa Sureerat. 2005. „Effect of Heat Treatments after HIP Process on Microstructure Refurbishment in Cast Nickel- Based Superalloy IN-738”. Journal of Metals, Materials and Minerals Vol.15 No.2:69-79.
• [23] Willemin Pascal, Madeleine Durand-Charre.1990. „The nickel-rich corner of the Ni”. Journal of Materials Science 25: 168-174.
• [24] Zlá Simona, Jana Dobrovská, Bedřich Smetana, Monika Žaludová , Vlastimil Vodárek, Kateřina Konečná .2010. „Differential thermal analysis and phase analysis of nickel based superalloy IN 738LC”. Conference Metal: 1-6.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).