Modification of macrostructure of nickel superalloys with cobalt nanoparticles

• Autorzy: Binczyk F. , Śleziona J. , Gradoń P.

Warianty tytułu

PL

Modyfikowanie makrostruktury nadstopów niklu nanocząstkami kobaltu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of studies on the effect of combined surface and bulk modifications on the macrostructure of castings made from remelted, post-production IN-713C, IN-100 and MAR-247 waste alloys. Surface modification was carried out by applying onto the wax pattern surface, a coating containing zirconium silicate and cobalt aluminate. Bulk modification was carried out when the cast liquid alloy was passed through a special ceramic filter containing, among others, cobalt aluminate. The nanoparticles of cobalt, acting as crystallisation nuclei, are the product of a modifier reaction (CoAl2O4 inoculant) with the chemically active constituents of the nickel alloys and with the additional filter components in the form of Al and Ti powders. The filters were placed in the mould pouring basin. The beneficial effect of combined modification on the macrostructure (equiaxial crystals) and mechanical properties was stated. The effect of the active constituents present in the nickel alloys and in the filter material was confirmed. A particularly strong refining effect on the macrostructure of equiaxial crystals was obtained in the MAR-247 alloy, which contained the strongest chemically active additives of Hf, Ta and Nb. A hypothetical model of the surface and bulk modification was developed. A strong influence of the alloy pouring temperature on the modification effect was reported. Modification was most effective when the pouring temperature did not exceed 1440°C.

PL

Zamieszczono wyniki badań wpływu łącznego modyfikowania powierzchniowego i objętościowego na makrostrukturę odlewów wykonanych po przetopie odpadów poprodukcyjnych ze stopów IN-713C, IN-100 i MAR-247. Modyfikację powierzchniową zrealizowano poprzez naniesienie na model woskowy powłoki zawierającej krzemian cyrkonu i glinian kobaltu. Modyfikację objętościową zrealizowano podczas odlewania ciekłego stopu przez specjalne filtry ceramiczne, zawierające między innymi glinian kobaltu. Nanocząstki kobaltu, pełniące rolę zarodków krystalizacji, są produktem reakcji modyfikatora (inoculant CoAl2O4) z aktywnymi chemicznie składnikami stopów niklu oraz dodatkowymi składnikami filtrów w postaci proszków Al i Ti. Filtry umieszczono w zbiorniku wlewowym formy. Stwierdzono korzystny wpływ łączonej modyfikacji na makrostrukturę (kryształy równoosiowe) i właściwości mechaniczne. Potwierdzono oddziaływanie aktywnych składników obecnych w stopach niklu i materiale filtrów. Szczególnie silny efekt rozdrobnienia makrostruktury kryształów równoosiowych uzyskano dla stopu MAR-247, który zawiera najbardziej aktywne chemicznie dodatki Hf, Ta i Nb. Opracowano hipotetyczny model modyfikacji powierzchniowej i objętościowej. Stwierdzono istotny wpływ temperatury odlewania stopu na efekt modyfikowania. Efekt modyfikowania jest szczególnie widoczny przy temperaturze odlewania poniżej 1440°C.

Słowa kluczowe

EN

nickel superalloys; macrostructure; modification; pouring temperature; nanoparticles; CoAl2O4 inoculant

PL

nadstopy niklu; makrostruktura; modyfikacja; temperatura; nanocząstki; inokulant CoAl2O4

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 1
• Strony: 49--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Binczyk F.

autor

Śleziona J.

autor

Gradoń P.

• Silesian University of Technology, Chair of Materials Technology, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland,

Bibliografia

• [1] Zupanic F., Boncina T., Krizman A., Tichelaar F.G., Structure of continuously cast Ni-based superalloy Inconel 713C, J. Alloys and Compounds 2001, 329, 1-2, 14, 290-297.
• [2] Tabuchi M., Kubo K., Yagi K., Yokobori A.T., Results of a Japanese round robin on creep crack growth evaluation methods for Ni-base superalloys, Engineering Fracture Mechanics 1999, 62, 1, 47-60.
• [3] Smith A., Mainwood A., Watkins M., The kinetics of the capture of nitrogen by nickel defects in diamond, Diamond and Related Materials 2002, 11, 3-6, 312-315.
• [4] Lachowicz M., Charakterystyka zmian mikrostrukturalnych i mechanizmów pękania występujących w trakcie spawania i obróbki cieplnej superstopu Inconel 713C, Praca doktorska Politechnika Wrocławska, Wrocław 2006.
• [5] Hartman D., Muerrle U., Reber G., The effects of electron beam refining on the castability of IN 713C, Metal 1992, 5, 443.
• [6] Xiong Y., Yang A., Guo Y., Liu W., Liu L., Grain refinement of superalloys K3 and K4169 by the addition of refiners, Science and Technology of Advanced Materials 2001, 2, 13-17.
• [7] Pucka G., Technologia otrzymywania łopatek turbin gazowych o regulowanej wielkości ziarna, Inżynieria Materiałowa 1984, 4-5, 115-119.
• [8] Zielińska M., Sieniawski J., Wierzbińska M., Effect of modification on microstructure and mechanical properties of cobalt casting superalloy, Archives of Metallurgy and Materials 2008, 53, 3, 887-893.
• [9] Zielińska M., Sieniawski J., Poreba M., Microstructure and mechanical properties of high temperature creep resisting superalloy Rene 77 modified CoAl2O4, Archives of Materials Science and Engineering 2007, 28, 10, 629-632.
• [10] Liu L., Huang T., Xiong Y., Grain refinement of superalloy K4169 by addition of refiners: cast structure and refinement mechanisms, Materials Science and Engineering A 2005, 394, 1-8.
• [11] Xiong Y., Du J., Wie X., Yang A., Liu I., Grain refinement of superalloy IN 718C by the addition of inoculants, Metallurgical and Materials Transactions A 2004, 35A, July, 2111-2114.
• [12] Kloos K.H., Stein K., Metallurgia 1984, 38(8), 740-747.
• [13] Binczyk F., Śleziona J., Cwajna J., Roskosz S., ATD and DSC analysis of nickel superalloys, Archives of Foundry Engineering 2008, 8, 3, 5-9.
• [14] Binczyk F., Śleziona J., The ATD thermal analysis of selected nickel superalloys, Archives of Foundry Engineering 2010, 10, 2, 13-19.
• [15] Binczyk F., Śleziona J., Macrostructure of IN-713C superalloy after volume modification, Archives of Foundry Engineering 2009, 9, 2, 105-108.
• [16] Binczyk F., Śleziona J., Phase transformations and microstructure of IN-713C nickel superalloy, Archives of Foundry Engineering 2009, 9, 2, 109-112.
• [17] Binczyk F., Śleziona J., Kościelna A., Effect of modification and cooling rate on the macrostructure of IN-713C alloy, Archives of Foundry Engineering 2009, 9, 3, 13-16.
• [18] Binczyk F., Śleziona J., Effect of repeated remelting on the chemical composition and structure of nickel alloys, Archives of Foundry Engineering 2010, 10, 1, 189-194.
• [19] Jin W., Bai F., Li T., Yin G., Grain refinement of superalloy IN-100 under the action of rotary magnetic fields and inoculants, Material Letters 2008, 62, 1585-1588.
• [20] Binczyk F., Śleziona J., Michalska J., Analysis of thermal-chemical interactions at the ceramic mould - molten nickel alloy interface, Archives of Foundry Engineering 2010, 10, 4, 5-9.
• [21] HSC Chemistry Ver. (4), Copyright (C), Outokumpu Research Oy, Pori, Finland, A. Roine.
• [22] Binczyk F., Śleziona J., Effect of modification on the mechanical properties of IN-713C alloy, Archives of Foundry Engineering 2010, 10, 1, 195-198.
• [23] Binczyk F., Śleziona J., Mechanical properties and creep resistance behaviour of IN-713C alloy castings, Archives of Foundry Engineering 2010, 10, 4, 9-13.