Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fourth-generation single crystal nickel base superalloy for jet engine turbine blades application. 3D imaging and metrology of microstructure elements

Ziętara Maciej, Kruk Adam, Cempura Grzegorz, Gruszczyński Adam, Czyrska-Filemonowicz Aleksandra

Inżynieria Materiałowa

|

2020

|

Vol. 41, nr 3

12--17

EN

Fourth-generation single crystal nickel base superalloy (PWA 1497) used for turbine blades application were subjected to three-dimensional micro- structural analysis. The FIB-SEM tomography was performed on the as received and creep deformed samples in order to visualize and quantify the microstructure elements of γ and γ’ phases. The results of 3D microstructural quantitative analysis were compared with the complementary results obtained by means of 2D TEM analysis. It was demonstrated that for modern single crystal nickel base superalloys, the measurements of the relative area fraction (A A) of γ’ phase in 2D images are adequate for measurements of the volume fraction (V V ) of this phase (A A ≅ V V ). Microstructural changes of the investigated superalloy revealed in 3D space were found to be much more complex than images of this microstructure obtained by electron microscopy techniques in two-dimensional space (2D).

2

Characterisation of TCP phases in CMSX-4 single crystal superalloy subjected to high temperature annealing and creep deformation

Dubiel B., Indyka P., Kruk A., Kalemba-Rec I., Moskalewicz T., Berent K., Gajewska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 4

150--155

EN

A high temperature exposure of nickel-base single crystal superalloys leads to a formation of topologically close packed (TCP) phases, what can deteriorate their creep strength. Therefore, the aim of the present work was to investigate TCP phases precipitated in CMSX-4 superalloy after a two-step treatment consisting of annealing at temperature of 1100°C followed by a creep deformation at temperature of 900°C. The microstructure of CMSX-4 superalloy exposed to a high temperature was investigated by means of scanning and transmission electron microscopy as well as scanning-transmission electron microscopy in high angle annular dark field mode. The chemical composition in nanoareas was determined using the high spatial resolution and high count rate energy dispersive X-ray spectroscopy. A three-dimensional characterization of the microstructure of annealed and creep tested single crystal superalloy was carried out by means of electron tomography. Results of microstructural investigation have shown that after the application of two-step high temperature exposure the TCP precipitates present in CMSX-4 superalloy are P and μ phases. The most pronounced differences in the chemical composition of the investigated P and μ phase particles are concerned with W and Re content. It was determined that the P phase contains a higher amount of W, while the μ phase is mostly rich in Re.

PL

Monokrystaliczne nadstopy niklu to nowoczesne materiały żarowytrzymałe, zaprojektowane specjalnie do zastosowania na łopatki turbin gazowych. Skład chemiczny tych stopów jest tak dobrany, aby w mikrostrukturze uzyskać około 70% udziału objętościowego wydzieleń fazy γʹ o kształcie sześciennym oraz umocnienie roztworowe osnowy γ. Silny efekt umocnienia zapewniają pierwiastki o dużym promieniu atomowym, takie jak Re, W i Mo, które wolno dyfundują w osnowie Ni. Jednak po długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze pierwiastki te sprzyjają wydzielaniu kruchych faz o strukturze topologicznie zwarcie wypełnionej (topologically close packed, TCP). Najczęściej spotykanymi fazami TCP w nadstopach monokrystalicznych są fazy σ, μ, P i R. Ze względu na niewielkie różnice parametrów sieci oraz składu chemicznego identyfikacja tych faz jest skomplikowana i wymaga połączenia komplementarnych technik dyfrakcji elektronów i mikroanalizy składu chemicznego. Celem pracy jest identyfikacja faz TCP w monokrystalicznym nadstopie niklu CMSX-4 po wysokotemperaturowym wyżarzaniu i pełzaniu, określenie ich składu chemicznego oraz kształtu i rozmieszczenia w przestrzeni z wykorzystaniem nowoczesnych metod analitycznej mikroskopii elektronowej i tomografii elektronowej.

3

Characterization of microstructure evolution during high temperature creep of CMSX-4 superalloy by TEM, HRSTEM and high spatial resolution EDX mapping

Dubiel B., Czyrska-Filemonowicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 3

153--156

EN

Microstructural analysis ofCMSX-4 single nickel-base superalloy have been performed to investigate the mechanisms controlling its creep deformation at high temperature. The attention was focused on the examination of the dislocation networks and the chemical elements partitioning between the y and y' phases. The results of TEM investigations shown that in the primary creep stage at 950°C/185 MPa the dislocation networks are formed by reactions between dislocations. Initially unstable networks are converted into stable conﬁgurations, containing dislocations, which cannot move by slip. High spatial resolution EDX mapping allowed the investigation of chemical composition at nanoscale. It was determined, that heat treated CMSX-4 superalloy the y phase contains Co, Cr, Re as well as Ni and W. The content of Ni and W in y phase is smaller than in y' phase, which contains also Al, Ti and Ta. During the high temperature creep of CMSX-4 the morphological change of the y' particles from cubes to plates, called rafting, occurs. The increased concentration of Co and Cr at y-y' interfaces in CMSX-4 with rafted microstructure was observed. It was postulated that the observed segregation can be related with the diffusion of Co and Cr, associating dissolution of vertical y phase channels during rafting.

PL

W celu zbadania mechanizmów wysokotemperaturowego pelzania monokrystalicznego nadstopu niklu CMSX-4 przeprowadzono badania zmian mikrostruktury metodami mikroskopii elektronowej. Szczególną uwagę zwrócono na budowę siatek dyslokacyjnych oraz podział pierwiastków chemicznych pomiędzy fazy y i y'. Wyniki badań metodami TEM wykazały, że w pierwszym stadium pełzania w 950°C/185 MPa tworzą się siatki dyslokacyjne na skutek reakcji pomiędzy dyslokacjami. Początkowo niestabilne siatki dyslokacyjne ulegają przebudowie do konﬁguracji stabilnych, zawierających dyslokacje, które nie mogą się poruszać przez poślizg. Mapy rozmieszczenia pierwiastków uzyskane za pomocą STEM-EDX z wysoką rozdzielczością przestrzenną umożliwiły zbadanie składu chemicznego w nanoskali. Stwierdzono, że w nadstopie CMSX-4 w stanie obrobionym cieplnie faza y zawiera Co, Cr, Re oraz Ni i W. Zawartość Ni i W w fazie y jest mniej sza niż w fazie y', która zawiera również Al, Ti i Ta. Podczas wysokotemperaturowego pełzania w mikrostrukturze nadstopu CMSX-4 zachodzi zmiana kształtu wydzieleń fazy y' z sześciennego na płytkowy, nazywana raftingiem. Po raftingu na granicach międzyfazowych y-y' zaobserwowano zwiększone stężenie Co i Cr. Segregacj a Co i Cr do granic y-y' jest prawdopodobnie związana z rozpuszczaniem się pionowych kanałów fazy y podczas raftingu.

4

Zmiany mikrostruktury podczas eksploatacji łopatki turbiny gazowej z monokrystalicznego nadstopu niklu CMSX-4

Dubiel B., Czyrska-Filemonowicz A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2011

|

Vol. 78, nr 4

306--310

PL

Metodami skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej zbadano zmiany mikrostruktury w łopatce z monokrystalicznego nadstopu niklu CMSX-4 po 12 700 godzinach pracy w energetycznej turbinie gazowej. Zaobserwowano wyraźne różnice w mikrostrukturze u podstawy, w środku wysokości i przy wierzchołku pióra łopatki. Szczegółowa analiza podstruktury dyslokacyjnej umożliwiła określenie różnych mechanizmów pełzania działających w poszczególnych strefach łopatki.

EN

Scanning and transmission electron microscopy investigations of microstructural changes in CMSX-4 single crystal blade after exploitation for 12 700 hours in stationary gas turbine have been performed. The pronounced differences in microstructure at the bottom, in the middle of the height and at the blade tip have been observed. The detailed analysis of the dislocation substructure enabled determination of different creep mechanisms acting in particular zones of the blade.

5

Measurements of microstructure parameters in single crystal nickel-base superalloys

Zietara M., Cetel A., Czyrska-Filemonowicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

188-191

EN

Stereological procedure for characterizing a degree of rafting in single crystal nickel-base superalloys is discussed. The image analysis technique is described on the example of microstructural changes of 2nd generation single cystal superalloy PWA 1484 during creep tests under laboratory conditions.

PL

W pracy przedstawiono procedurę pomiarową parametrów opisujących zmiany mikrostruktury w trakcie pełzania monokrystalicznych nadstopów niklu. Analiza obrazu została przeprowadzona na podstawie badań mikrostrukturalnych monokrystalicznego nadstopu niklu drugiej generacji -PWA 1484 poddanego pełzaniu w warunkach laboratoryjnych.