Fracture toughness of gas borided Nimonic 80A alloy

• Autorzy: Makuch N. , Kulka M. , Dziarski P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.1.2

Warianty tytułu

PL

Odporność na kruche pękanie borowanego gazowo stopu Nimonic 80A

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ni-based superalloys are often used in many industrial applications, for example in chemical, petrochemical, aeronautics, nuclear or space industries. These alloys are characterized by a unique combination of low thermal expansion coefficient, high temperature strength, high resistance to oxidation and high corrosion resistance. However, due to their low microhardness and sensitivity to abrasive, erosive and adhesive wear, their application is limited. The boriding process is the appropriate treatment, which will provide high hardness and high wear resistance of Ni-based alloys. Unfortunately, the use of boride layers is limited by their sensibility to cracking under mechanical stresses. Therefore, in this paper the microstructure, microhardness and fracture toughness of gas-borided layer produced on Nimonic 80A alloy were studied. Gas boriding in N2–H2–BCl3 atmosphere was proposed to produce the hard boride layer on Nimonic 80A alloy. This process was carried out at 920°C (1193 K) for 2 hours. The carrier gas consisted of 75 vol.% N2 and 25 vol.% H2. Proposed gas boriding accelerated the diffusion of boron into the surface in comparison with other acceptable diffusion methods. The comparable thickness of boride layer was obtained after considerably shorter duration.

PL

Stopy na bazie Ni są często stosowane w przemyśle ze względu na unikatowe połączenie właściwości: dużej żarowytrzymałości, dobrej odporności na utlenianie i korozję. Jednakże ze względu na ich małą twardość i wrażliwość na zużycie przez tarcie ich zastosowanie jest ograniczone. Proces borowania jest obróbką zapewniającą dużą twardość i odporność na zużycie stopów na bazie Ni. Niestety, zastosowanie warstw borowanych jest ograniczone z powodu ich wrażliwości na pękanie. Celem pracy było określenie odporności na kruche pękanie warstw borowanych gazowo wytworzonych na stopie Nimonic 80A. Ze względu na skład fazowy tych warstw (borki niklu i borki chromu) pomiary odporności na kruche pękanie przeprowadzono na prostopadłym przekroju warstwy, w różnych odległościach od powierzchni. Ponadto przeprowadzono badania mikrostruktury i wyznaczono profil mikrotwardości.

Słowa kluczowe

EN

gas boriding; Nimonic 80A alloy; microstructure; hardness; fracture toughness

PL

borowanie gazowe; Nimonic 80A; mikrostruktura; twardość; odporność na kruche pękanie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 1
• Strony: 10--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Makuch N.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Kulka M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Dziarski P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Srinivasan N., Prasad Y. V. R. K.: Hot working characteristics of Nimonic75, 80A and 90 superalloys: a comparison using processing maps. Journalof Materials Processing Technology 51 (1995) 171÷192.
• [2] Kim D. K., Kim D. Y., Ryu S. H., Kim D. J.: Application of nimonic 80Ato the hot forging of an exhaust valve head. Journal of Materials ProcessingTechnology 113 (2001) 148÷152.
• [3] Xu Y., Yang C., Ran Q., Hu P., Xiao X., Cao X., Jia G.: Microstructureevolution and stress-rupture properties of Nimonic 80A after various heattreatments. Materials and Design 47 (2013) 218÷226.
• [4] Xu C. H., Xi J. K., Gao W.: Improving the mechanical properties of boronizedlayers by superplastic boronizing. J. Mater. Process. Technol. 65(1997) 94÷98.
• [5] Wierzchoń T., Bieliński P., Sikorski K.: Formation and properties of multicomponentand composite borided layers on steel. Surf. Coat. Technol.73 (1995) 121÷124.
• [6] Wierzchoń T.: The role of glow discharge in the formation of a boride layeron steel in the plasma boriding process. In: Boenig H. V., editor. Advancesin Low-temperature Plasma Chemistry, Technology, Applications, vol. 2.Lancaster-Besel: Technomic Publishing Co. Inc. (1988) 79÷88.
• [7] Graf von Matuschka A.: Borieren. Carl Hanser Verlag, München, Wien (1977).
• [8] Hunger H. J., Löbig G.: Generation of boride layers on steel and nickelalloys by plasma activation of boron trifluoride. Thin Solid Films 310(1997) 244÷250.
• [9] Pertek A.: The structure formation and the properties of boronized layersobtained in gaseous boriding process. Dissertation No. 365. Publishinghouse of Poznan University of Technology, Poznan (2001).
• [10] Ozbek I., Akbulut H., Zeytin S., Bindal C., Ucisik A. H.: The characterizationof borided 99.5% purity nickel. Surface and Coatings Technology 126(2000) 166÷170.
• [11] Lou D. C., Akselsen O. M., Solberg J. K., Onsoien M. I., Berget J., DahlN.: Silicon-boronising of Nimonic 90 superalloy. Surface & CoatingsTechnology 200 (2006) 3582÷3589.
• [12] Mu D., Shen B. I., Yang C., Zhao X.: Microstructure analysis of boronizedpure nickel using boronizing powders with SiC as diluents. Vacuum 83(2009) 1481÷1484.
• [13] Ueda N., Mizukoshi T., Demizu K., Sone T., Ikenaga A., Kawamoto M.:Boriding of nickel by the powder-pack method. Surface and CoatingsTechnology 126 (2000) 25÷30.
• [14] Gunes I., Kayali Y.: Investigation of mechanical properties of boridedNickel 201 alloy. Materials and Design 53 (2014) 577÷580.
• [15] Aytekin H., Akcin Y.: Characterization of borided Incoloy 825 alloy. Materialsand Design 50 (2013) 515÷521.
• [16] Petrova R. S., Suwattananont N., Samardzic V.: The effect of boronizingon metallic alloys for automotive applications. J. Mater. Eng. Perform. 17(3) (2008) 340÷345.
• [17] Lou D. C., Solberg J. K., Akselsen O. M., Dahl N.: Microstructure andproperty investigation of paste boronized pure nickel and Nimonic 90 superalloy.Materials Chemistry and Physics 115 (2009) 239÷244.
• [18] Sista V., Kahvecioglu O., Kartal G., Zeng Q. Z., Kim J. H., Eryilmaz O.L., Erdemir A.: Evaluation of electrochemical boriding of Inconel 600.Surface & Coatings Technology 215 (2013) 452÷459.
• [19] Anthymidis K. G., Zinoviadis P., Roussos D., Tsipas D. N.: Boriding ofnickel in a fluidized bed reactor. Materials Research Bulletin 37 (2002)515÷522.
• [20] Makuch N., Kulka M., Dziarski P.: Gas boriding of Inconel 600 alloy.Inżynieria Materiałowa 6 (2013) 245÷248.
• [21] Kulka M., Makuch N., Popławski M.: Two-stage gas boriding of Nisil inN2–H2–BCl3 atmosphere. Surf. Coat. Technol. 244 (2014) 78÷86.
• [22] Lawn B. R., Evans A. G., Marshall D. B.: Elastic/plastic indentation damagein ceramics: The median/radial crack system. Journal of the AmericanCeramic Society 63 (9-10) (1980) 574÷581.
• [23] Üçisik A. H., Bindal C.: Fracture toughness of boride formed on low-alloysteels. Surface & Coatings Technology 94-95 (1997) 561÷565.
• [24] Taktak S., Tasgetiren S.: Identification of delamination failure of boridelayer on common Cr-based steels. Journal of Materials Engineering andPerformance 15 (2006) 570÷574.
• [25] Bindal C., Ucisik A. H.: Characterization of borides formed on impuritycontrolledchromium-based low alloy steels. Surf. Coat. Technol. 122(1999) 208÷213.
• [26] Kulka M., Makuch N., Dziarski P., Piasecki A.: A study of nanoindentationfor mechanical characterization of chromium and nickel borides’ mixturesformed by laser boriding. Ceramics International 40 (2014) 6083÷6094.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.