Effect of porosity and eutectics on the high-temperature low-cycle fatigue performance of a nickel-base single-crystal superalloy

• DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.06.036
• Publication Date: 2018-06-26T23:19:40Z
• Authors: Benjamin Ruttert; Carla Meid; Lais Mujica Roncery; Inmaculada Lopez-...; Marion Bartsch; Werner Theisen
• Keywords: Composite material; Electron backscatter diffraction (EBSD); Nickel-Based Superalloys and High-Temperature Steels; Hot isostatic pressing; FOS: Mechanical engineering; Aerospace Engineering; 02 engineering and technology; Engineering; 0203 mechanical engineering; Single-crystal superalloy; Fatigue Mechanics and Fracture Analysis; High-Temperature Alloys; Hot isostatic pressing (HIP); Microstructure; Superalloy; Mechanical Engineering; Low-cycle fatigue; Thermal Barrier Coatings for Gas Turbines; Materials science; Eutectic system; Mechanics of Materials; Fracture Toughness Testing; Physical Sciences; Metallurgy; Alloy; Porosity; High-Cycle Fatigue Behavior

يبحث هذا العمل في التأثير المنفصل للمسامية و γ/γ - eutecticsعلى عمر التعب منخفض الدورة لسبائك فائقة القاعدة Ni أحادية البلورة في درجات حرارة عالية. يتم تطبيق المعالجة الحرارية التقليدية للفرن الفراغي ولكن أيضًا المعالجات الحرارية المتكاملة في مكبس متساوي التوازن الساخن لإنتاج أشكال مختلفة من المواد من نفس السبيكة. كشف الفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة أن كلا من المسام والمثبطات γ/γ تعمل كمبدئات للتشقق، وبالتالي تبدأ الفشل المبكر. علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن المستحضرات المتبقية γ/γ'- يمكن أن تضعف مقاومة التعب أكثر من المسام. علاوة على ذلك، تؤكد النتائج التأثير المفيد للمعالجة الحرارية المتكاملة بالضغط المتساوي الحرارة على أداء التعب.<br/>Ce travail étudie l'influence séparée de la porosité et des eutectiques γ/γ′ sur la durée de vie en fatigue à faible cycle d'un superalliage monocristallin à base de Ni à des températures élevées. Un traitement thermique conventionnel au four à vide mais également des traitements thermiques intégrés dans une presse isostatique chaude sont appliqués pour produire différentes variantes de matériau du même alliage. La microscopie électronique à haute résolution a révélé que les pores et les eutectiques γ/γ′ agissent comme amorceurs de fissures, initiant ainsi une défaillance précoce. De plus, les résultats indiquent que les eutectiques γ/γ′ restants peuvent affaiblir la résistance à la fatigue encore plus que les pores. En outre, les résultats confirment l'effet bénéfique de traitements thermiques de pressage isostatique à chaud intégrés appropriés sur les performances en fatigue.<br/>This work investigates the separate influence of porosity and γ/γ′-eutectics on the low-cycle fatigue life of a single-crystal Ni-base superalloy at high temperatures. A conventional vacuum furnace heat-treatment but also integrated heat-treatments in a hot isostatic press are applied to produce different material variants of the same alloy. High-resolution electron microscopy revealed that both pores and γ/γ′-eutectics act as crack starters, thus initiating early failure. Moreover, the results indicate that remaining γ/γ′-eutectics can weaken the fatigue resistance even more than pores. Furthermore, the results confirm the beneficial effect of proper integrated hot isostatic pressing heat-treatments on the fatigue performance.<br/>Este trabajo investiga la influencia separada de la porosidad y la eutéctica γ/γ′ en la vida de fatiga de ciclo bajo de una superaleación a base de Ni monocristalina a altas temperaturas. Se aplica un tratamiento térmico de horno de vacío convencional, pero también tratamientos térmicos integrados en una prensa isostática en caliente para producir diferentes variantes de material de la misma aleación. La microscopía electrónica de alta resolución reveló que tanto los poros como la eutéctica γ/γ′ actúan como iniciadores de grietas, iniciando así una falla temprana. Además, los resultados indican que la γ/γ′ -eutéctica restante puede debilitar la resistencia a la fatiga incluso más que los poros. Además, los resultados confirman el efecto beneficioso de los tratamientos térmicos de prensado isostático en caliente integrados adecuados sobre el rendimiento de la fatiga.<br/>