Nd-YAG Laser Beam-Induced Liquation Cracking in Selected Nickel-Based Superalloys

• Autorzy: Rakoczy Ł. , Zielińska-Lipiec A. , Tuz L. , Góral T.

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2017.1/4

Warianty tytułu

PL

Pękanie likwacyjne powstałe w wyniku oddziaływania wiązki lasera Nd-YAG w wybranych nadstopach na osnowie niklu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

MAR-M247 and Rene 77 belong to intermetallic phase Ni₃(Al, Ti) precipitation hardened nickel alloys widely used in the aerospace and power engineering industries. Because of their susceptibility to cracking, the above-named alloys are characterised by limited weldability. In the tests described in this article, the surfaces of the above-named superalloys were affected by a laser beam having identical parameters. Afterwards, the test results concerning the individual susceptibility to Nd-YAG laser beam-induced liquation cracking were compared. The stereoscopic microscopic observations revealed differences indicating the significantly greater crack susceptibility of superalloy MAR-M247. The characteristics of the materials indicated that the above differences were connected with the significantly more complex microstructure resulting from the segregation of alloying elements during crystallisation. The scanning microscopic examination revealed the presence of liquation cracks in the HAZ located along partially melted interdendritic areas.

PL

Stopy MAR-M247 oraz Rene 77 należą do grupy stopów niklu umacnianych wydzieleniowo fazą międzymetaliczną Ni3(Al, Ti) znajdujących szerokie zastosowanie w branży lotniczej i energetycznej. Uważane są za stopy o ograniczonej spawalności z powodu wysokiej skłonności do pękania. W omawianej pracy powierzchnię tych nadstopów poddano oddziaływaniu wiązki laserowej przy zastosowaniu identycznych parametrów. Na podstawie przeprowadzonych badań porównano skłonność stopów do pęknięć likwacyjnych powstałych w wyniku oddziaływania wiązki laserowej Nd-YAG. Obserwacja powierzchni za pomocą mikroskopu stereoskopowego ujawniła różnice wskazujące na dużo wyższą skłonność do pękania nadstopu MAR-M247. Charakterystyka materiałów wskazała, iż jest to związane ze znacznie bardziej złożoną mikrostrukturą wynikającą z segregacji składników stopowych w trakcie krystalizacji. Badania przy pomocy mikroskopii skaningowej ujawniły pęknięcia likwacyjne w SWC biegnące wzdłuż nadtopionych obszarów międzydendrytycznych.

Słowa kluczowe

EN

liquation cracking; superalloys; gas turbine

PL

pękanie likwacyjne; stopy niklu; turbina gazowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 61, No. 1
• Strony: 32--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rakoczy Ł.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Department of Physical and Powder Metallurgy

autor

Zielińska-Lipiec A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Department of Physical and Powder Metallurgy

autor

Tuz L.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Department of Physical and Powder Metallurgy

autor

Góral T.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Manufacturing Systems, Unit of Manufacturing Techniques

Bibliografia

• [1] Reed R.C.: The Superalloys Fundamentals and Applications. Cambridge University Press, New York, 2006 https://doi.org/10.1017/CBO9780511541285
• [2] Pollock T.M., Tin S.: Nickel-Based Superalloys for Advanced Turbine Engines: Chemistry, Microstructure, and Properties. Journal Of Propulsion And Power, 2006, vol. 22, no. 2, pp. 361-374 http://dx.doi.org/10.2514/1.18239
• [3] Lacaze A., Hazotte A.: Directionally Solidified Materials: Nickel-Base Superalloys For Gas Turbines. Textures and Microstructures, 1990, vol. 13, pp. 1-14 http://dx.doi.org/10.1155/TSM.13.1
• [4] Donachie M.J., Donachie S.J.: Superalloys: a Technical Guide, 2ⁿd edition, ASM International, OH, USA, 2002 http://dx.doi.org/10.1002/9781118985960.meh108
• [5] Carter T.J.: Common failures in gas turbine blades. Engineering Failure Analysis, 2005, vol. 12, pp. 237–247 http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2004.07.004
• [6] Rush M.T., Colegrove P.A., Zhang Z., Courtot B.: An investigation into cracking in nickel-base superalloy repair welds. Advanced Materials Research, 2010, vol. 89-91, pp. 467-472 http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.89-91.467
• [7] Ojo O.A., Richards N.L., Chaturvedi M.C.: Contribution of constitutional liquation of gamma prime precipitate to weld HAZ cracking in cast Inconel 738 superalloy. Scripta Materialia, 2003, vol. 50, pp. 641-646 http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2003.11.025
• [8] Montazeri M., Ghaini F.M.: The liquation cracking behavior of IN738LC superalloy during low power Nd:YAG pulsed laser welding. Materials Characterization, 2012, vol. 67, pp. 65-73 http://dx.doi.org/10.1016/j.matchar.2012.02.019
• [9] Sidhu R.K., Ojo O.A., Chaturvedi M.C.: Microstructural Analysis of Laser-Beam-Welded Directionally Solidified Inconel 738. Metallurgical and Materials Transactions A, 2007, vol. 38A, pp. 858-870 http://dx.doi.org/10.1007/s11661-006-9063-8
• [10] Ojo O.A., Chaturvedi M.C.: Liquation Microfissuring in the Weld Heat-Affected Zone of an Overaged Precipitation Hardened Nickel-Base Superalloy. Metallurgical and Materials Transactions A, 2007, vol. 38A, pp. 356-369 http://dx.doi.org/10.1007/s11661-006-9025-1
• [11] Borland J.C.: Generalized Theory of Super-Solidus Cracking in Welds (and Castings). Welding Journal, 1960, vol. 7, pp. 508-512
• [12] Owczarski W.A. Duvall D.S., Sullivan C.P.: Model for Heat-Affected Zone Cracking in Nickel-Base Superalloys. Welding Journal, 1970, vol. 50, pp. 145-155

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

PL

Wersja polska artykułu w wydaniu papierowym s. 42-46.