Microstructural study of the composite nickel based, containing different Al amounts, sintered by an unconventional technique and forged

• Autorzy: Bendriss Houceme , Boudebane Said , Lemboub Samia , Benselhoub Aissa

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2024.3.1

Warianty tytułu

PL

Badania mikrostrukturalne kompozytu na bazie niklu, zawierającego różną zawartość Al., spiekanego niekonwencjonalną techniką i kutego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aluminum-enriched composite with the composition of Udimet 720 alloy was developed using an unconventional two-step sintering process. The first occurred at 1380°C for 0.5 h and the second at 1180°C for 3 h. The sintered material was then forged at 1200°C under a load of 50 kG and with a fall height of 220 mm, in order to achieve the clusters fragmentation of hard components, followed by the homogenization annealing at 800°C for 1.5 h. The consolidation technique included solution treatment at 1080°C and aging at 800°C with various holding times. The investigation techniques by X-ray diffraction analysis (XRD) and observations under a scanning electron microscope (SEM) with semi-quantitative analyses (EDS) have offered the possibility to reveal the aluminum addition’s impact and the holding time aging on the material’s microstructural evolution. The sintered alloy with a high Al content (5.25 %) exhibits a complex structure composed of metallic matrix γ, the chromium carbide Cr23 C6 , and a large variety of binary intermetallics. Despite this, the solution treatment caused an almost complete dissolution of these compounds, and consequently, a saturation of the nickel cubic lattice. An increase in precipitation phenomenon was, due to the formation of the intermetallic γ’ (Ni, Co)3 (Al, Ti), and then, the alloyed chromium carbide (Cr, Co, Ni, Mo, Ti)23 C6 , led to a noticeable hardening of the metal matrix, reaching a microhardness of 700 HV0.1.

PL

Opracowano kompozyt wzbogacony aluminium o składzie stopu Udimet 720 w niekonwencjonalnym dwuetapowym procesie spiekania. Kompozyt spiekano w temp. 1380°C przez 0,5 h, a następnie w temp. 1180°C przez 3 h. Spiekany materiał poddano kuciu w temp. 1200°C pod obciążeniem 50 kG i wysokości opadania 220 mm, w celu uzyskania fragmentacji skupień twardych składników, a następnie wyżarzaniu homogenizującym w temp. 800°C przez 1,5 h. Technika konsolidacji obejmowała obróbkę przesycającą w temp. 1080°C i starzenie w temp. 800°C z różnymi czasami przetrzymywania. Techniki badawcze polegające na analizie dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD) i obserwacje pod skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM) wraz z analizami półilościowymi (EDS) umożliwiły ujawnienie wpływu dodatku aluminium i czasu utrzymywania starzenia na ewolucję mikrostruktury materiału. Spiekany stop o wysokiej zawartości Al (5,25%) wykazywał złożoną strukturę, na którą składały się: metaliczna osnowa γ, węglik chromu Cr23 C6 i duża różnorodność binarnych związków międzymetalicznych. Mimo to obróbka roztworowa spowodowała niemal całkowite rozpuszczenie tych związków, a w konsekwencji nasycenie sześciennej sieci niklu. Nasilenie zjawiska strącania osadów spowodowane utworzeniem się międzymetalicznego γ' (Ni, Co)3 (Al, Ti), a następnie stopowego węglika chromu (Cr, Co, Ni, Mo, Ti)23 C6 , doprowadziło do zauważalnego utwardzenia osnowy metalicznej, osiągającego mikrotwardość 700 HV0,1.

Słowa kluczowe

EN

Ni-based composite; unconventional sintering; disintegration; consolidation; microstructure; precipitates; microhardness

PL

kompozyt na bazie niklu; spiekanie niekonwencjonalne; dezintegracja; konsolidacja; mikrostruktura; wydzielenia; mikrotwardość

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 45, nr 3
• Strony: 8--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Bendriss Houceme

• Laboratory of Metallurgy, Badji Mokhtar University, Annaba, Algeria

• https://orcid.org/0009-0005-6056-0012

autor

Boudebane Said

• Laboratory of Metallurgy, Badji Mokhtar University, Annaba, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-2007-2154

autor

Lemboub Samia

• National Higher School of Technology and Engineering, ENSTI, Department of Mine and Metallurgy GMMM, Annaba, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-9071-1564

autor

Benselhoub Aissa

• Environmental Research Center (C.R.E.), Annaba, Algeria

• https://orcid.org/0000-0001-5891-2860

Bibliografia

• [1] Reed R.C.: The superalloys: fundamentals and applications. Cambridge University Press (2008).
• [2] Jia C.L., Ge C.C., Yan Q.Z.: Microstructure evolution and mecha nical properties of disk superalloy under multiplex heat treatment. Mater. Sci. Eng.: A 659 (2016) 287–294, doi: https://doi.org/10.1016/j. msea.2016.02.038.
• [3] Wan Z., Hu L., Sun Y., Wang T., Li Z., Zhang Y.: Effect of solution treat ment on microstructure and tensile properties of a U720LI Ni-based superalloy. Vacuum 156 (2018) 248–255, doi: https://doi.org/10.1016/j. vacuum.2018.07.041.
• [4] Ceena J., Persson Ch., Colliander. M.H.: Influence of heat treatment on the microstructure and tensile properties of Ni-base superalloy Haynes 282. Mater. Sci. Eng.: A (679) (2017) 520–530, doi: https://doi. org/10.1016/j.msea.2016.10.048.
• [5] Torster F., Baumeister G., Albrecht J., Lütjering G., Helm D., Daeubler M.A.: Influence of grain size and heat treatment on the micro structure and mechanical properties of the nickel-base superalloy U 720 LI. Mater. Sci. Eng.: A (234–236) (1997) 189–192, doi: https://doi. org/10.1016/S0921-5093(97)00161-5.
• [6] Calliari I., Magrini M., Dabala M.: Microstructural evolution of Udi met 720 superalloy. J. Mater. Eng. Perform. 8 (1999) 111–115, doi: 10.1361/105994999770347250.
• [7] Sani S.A., Arabi H., Kheirandish S., Ebrahimi G.: Investigation on the homogenization treatment and element segregation on the microstruc ture of a γ/γ′-cobalt-based superalloy. Int. J. Min. Met. Mater. 26 (2019) 222–233, doi: https://doi.org/10.1007/s12613-019-1727-7.
• [8] Kumar S.S., Raghu T., Bhattacharjee P.P., Rao G.A., Borah U.: Strain rate dependent microstructural evolution during hot deformation of a hot isostatically processed nickel base superalloy. J. Alloys Compd. (681) (2016) 28–42, doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.04.185.
• [9] Wang W.Z., Hong H.U., Kim I.S., Choi B.G., Jeong H.W., Kim M.Y., Jo C.Y.: Influence of γ′ and grain boundary carbide on tensile fracture behaviors of Nimonic 263. Mater. Sci. Eng.: A 1–2 (523) (2009) 242–245, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.06.011.
• [10] Huang G., Liu G.Q., Feng M., Zhang M., Hu B., Wang H.: The effect of cooling rates from temperatures above the γ′ solvus on the micro structure of a new nickel-based powder metallurgy superalloy. J. Alloys Compd. (747) (2018) 1062–1072, doi: 10.1016/j.jallcom.2018.03.072.
• [11] Milenkovic S., Sabirov I., Llorca J.: Effect of the cooling rate on micro structure and hardness of MAR-M247 Ni-based superalloy. Mater. Lett. (73) (2012) 216–219, doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.01.028.
• [12] Na Y.S., Park N.K., Reed R.C.: Sigma morphology and precipitation mechanism in Udimet 720Li. Scr. Mater. 7 (43) (2000) 585–590, doi: 10.1016/S1359-6462(00)00441-3.
• [13] Telesman J., Gabb T.P., Kantzos P.T., Bonacuse P.J., Barrie R.L., Kantzos C.A.: Effect of a large population of seeded alumina inclusions on crack initiation and small crack fatigue crack growth in Udimet 720 nickel-base disk superalloy. Int. J. Fatigue (142) (2021) 105953, doi: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105953.
• [14] Pang H.T., Reed P.A.S.: Effects of microstructure on room temperature fatigue crack initiation and short crack propagation in Udimet 720Li Ni-base superalloy. Int. J. Fatigue 10–11 (30) (2008) 2009–2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2008.01.001.
• [15] Moore I.J., Taylor J.I., Tracy M.W., Burke M.G., Palmiere E.J.: Grain coarsening behaviour of solution annealed Alloy 625 between 600–800 C. Mat. Sci. Eng.: A 682 (2017) 402–409, doi: https://doi.org/10.1016/j. msea.2016.11.060.
• [16] Charpagne M.-A., Franchet J.-M., Bozzolo N.: Overgrown grains appe aring during sub-solvus heat treatment in a polycrystalline γ-γ’Nickel based superalloy. Mat. Design 144 (2018) 353–360, doi: https://doi. org/10.1016/j.matdes.2018.02.048.
• [17] Brandes E.A., Brook G.B.: Smithells metals reference book. 7th Edition. Butterworth-Heinemann (1998) 220.
• [18] Pierson H.O.: Handbook of refractory carbides & nitrides: proper ties, characteristics, processing and applications. William Andrew (1996) 71.