Influence of solution heat treatment on the microstructure and hardness of the Ni-Ta-Al alloy with a high carbon content

• Autorzy: Bała P.

Warianty tytułu

PL

Wpływ przesycania na mikrostrukturę i twardość stopu z układu Ni-Ta-Al o dużym stężeniu węgla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main purpose of the hereby paper was to determine temperature and time of solution heat treatment influence on a microstructure and hardness of the newly designed model alloy for operations at high temperature. A test melt of a mass of approximately 1 kg was performed in a vacuum furnace, and cast into a ceramic mould. The microstructure of the investigated material was examined by means of the Axiovert 200 MAT light microscope and the FIB Zeiss NEON 40EsB CrossBeam scanning electron microscope. Samples for investigations were solution heat treated in the temperature range 1020÷1170°C. After heating to the desired temperature they were hold at this temperature for 0.5 or for 2 hours and then water-cooled. The main constituents of the microstructure of the Ni-Ta-Al-C alloy in as-cast state are: the γ phase, which constitutes the matrix, the γ' phase (γ' phase occurs as fine globular precipitates) as well as primary Ta carbides of MC type. Primary carbides of irregular shapes are uniformly distributed not forming agglomerates. Solution heat treatment of the investigated alloy from higher and higher temperature causes a slow increase of a graphite fraction. Taking into account the chemical composition of the investigated alloy the possibility of improving its properties by means of the heat treatment should not be expected. In the first place the fraction of carbide forming elements should be increased to eliminate graphite, and secondly the fraction of elements forming γ' phase should be increased to obtain the possibility of the modification of properties by means of solution heat treatment and aging. Nonetheless, the achieved results will be utilised at the chemical composition modification of Ni-based alloys of a high carbon content.

PL

W pracy opisano wpływ temperatury i czasu przesycania na mikrostrukturę i twardość stopu modelowego na osnowie niklu, o dużym stężeniu węgla (0,81%), przewidywanego do pracy w wysokiej temperaturze. Wytop próbny o masie około 1 kg wykonano w piecu próżniowym i odlano do ceramicznej formy. Obserwacje mikrostruktury wykonano za pomocą mikroskopu świetlnego Axiovert 200 MAT oraz elektronowego mikroskopu skaningowego FIB Zeiss NEON 40EsB CrossBeam. Próbki do badań przesycano z zakresu temperatury 1020÷1170°C. Po nagrzaniu do określonej temperatury próbki wygrzewano przez 0,5 godz. lub 2 godz., a następnie chłodzono w wodzie. Dla każdej próbki określono udział objętościowy węglików oraz grafitu. Mikrostruktura badanego stopu w stanie po odlaniu jest złożona z osnowy γ, fazy γ' oraz rozmieszczonych w obszarach międzydendrytycznych węglików pierwotnych tantalu typu MC. Węgliki pierwotne o nieregularnym podłużnym kształcie i zróżnicowanej wielkości są rozmieszczone równomiernie, nie tworząc aglomeratów. Opisano wpływ temperatury i czasu przesycania na mikrostrukturę oraz twardość badanego stopu. Stwierdzono, że przesycanie badanego stopu z coraz to wyższej temperatury powoduje rozpuszczanie węglików pierwotnych tantalu, rozrost byłych obszarów dendrytycznych, pozostaje jednak bez wyraźnego wpływu na udział grafitu, który tylko nieznacznie zwiększa się w odniesieniu do stanu po odlaniu. Badany stop jest stopem modelowym. Jego skład chemiczny nie pozwala na poprawę jego własności za pomocą obróbki cieplnej. Aby uzyskać możliwość modyfikacji jego własności w wyniku obróbki cieplnej w pierwszej kolejności należałoby zwiększyć udział pierwiastków węglikotwórczych, aby wyeliminować grafit, a w drugiej udział pierwiastków tworzących fazę γ'. Wyniki badań osiągnięte w pracy posłużą do projektowania nowych stopów na osnowie niklu o dużym stężeniu węgla.

Słowa kluczowe

EN

Ni-based alloys; gamma prime phase; carbides; tantalum

PL

stopy na bazie niklu; faza gamma; węglik tantalu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 78--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Bała P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Kraków

Bibliografia

• [1] Sinha A. K.: Physical metallurgy handbook. The McGraw-Hill Companies, Inc. (2003).
• [2] Bała P., Pacyna J.: The kinetics of phase transformations during tempering of the new hot working tool steel designed for a large size forging dies. Steel Research International, Special edition, Metal Forming 2 (2008) 407÷413.
• [3] Madej M.: Copper infiltrated high speed steel based composites with iron additions. Archives of Metallurgy and Materials 54 (2009) 1083÷1091.
• [4] Honeycombe R. W. K., Bhadeshia H. K. D. H.: Steels. Microstructure and properties. 2nd ed. London: Edward Arnold (1995).
• [5] Bała P.: The kinetics of phase transformations during tempering of tool steels with different carbon content. Archives of Metallurgy and Materials 54 (2009) 491÷498.
• [6] Davies J. R.: Metallurgy, processing and properties of superalloys. ASM Speciality Handbook: Heat Resistant Materials, ASM International (1997).
• [7] Decker R. F.: The evolution of wrought age-hardenable superalloys. JOM (2006) 32÷36.
• [8] Donachie M. J., Donachie S. J.: Superalloys. A technical guide. ASM International, Materials Park OH, second edition (2008).
• [9] Durand-Charre M.: The microstructure of superalloys. CRC Press (1997).
• [10] Birol Y.: Thermal fatigue testing of Inconel 617 and Stellite 6 alloys as potential tooling materials for thixoforming of steels. Materials Science and Engineering A 527 (2010) 1938÷1945.
• [11] Stöcker C., Zimmermanna M., Christ H.-J., Zhanb Z.-L., Cornet C., Zhao L. G., Hardy M. C., Tong J.: Microstructural characterisation and constitutive behaviour of alloy RR1000 under fatigue and creep-fatigue loading conditions. Materials Science and Engineering A 518 (2009) 2÷34.
• [12] Koori M., Morishita M., Yoshikawa K., Tsuda O.: Nickel-based heat-resistant alloy for dies. European Patent Application EP0460678.
• [13] Bała P.: Microstructure characterization of Ni-Ta-Al alloy with high carbon content. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 49/2 (2011) 142÷149.
• [14] Bała P.: Microstructural characterization of the new tool Ni-based alloy with high carbon and chromium content. Archives of Metallurgy and Materials 55 (2010) 1053÷1059.
• [15] Bała P.: New tool materials based on Ni alloys strengthened by intermetallic phase. Inżynieria Materiałowa 3 (2010) 633÷636.
• [16] Bała P.: Microstructural characterization of new tool Ni-based alloy with high carbon content, Archives of Materials Science and Engineering 42/1 (2010) 5÷12.