Ni-base superalloys are used extensively in industry, both in aeroengines and land based turbines. About 60% by weight of most modern gas turbine engine structural components are made of Ni-base superalloys. To satisfy practical demands, the efficiency of gas turbine engines has been steadily and systematically increased by design modifications to handle higher turbine inlet or firing temperatures. However, the increase in operating temperatures has lead to a decrease in the life of components and increase in costs of replacement. Moreover, around 80% of the large frame size industrial/utility gas turbines operating in the world today were installed in the mid-sixties to early seventies and are now 25 to 30 years old. Consequently, there are greater opportunities now to repair and refurbish the older models. Basically, there are two major factors influencing the weldability of the cast alloys: strain-age cracking and liquation cracking. Susceptibility to strain-age cracking is due to the total Ti plus AI content of the alloy; Liquation cracking is due either to the presence of low melting constituents or constitutional liquation of constituents. Though Rene 41 superalloy has 4.5wt.% total Ti and Al content and falls just below the safe limit proposed by Prager et al., controlled grain size and special heat treatments are needed to obtain crack-free welds. Varying heat treatments and filler materials were used in a laboratory study, then the actual welding of service parts was carried out to verity the possibility of crack-tree weld of components fabricated from Rene 41 superalloy. The microstructural observations indicated that there were two kinds of carbides in the FCC matrix. MC carbides were located along the grain boundaries, while M$_{23}$C$_{6}$ carbide was located both inter and intra granularly. Two kinds of filler materials, Rene 41 and Hastelloy X were used to gas tungsten arc weld a patch into the sheet metal, along with varying pre-weld heat treatments. The microstructure, hardness and tensile tests were determined. The service distressed parts were categorized into three classes: with large cracks, with medium cracks and with small or no visible cracks. No significant difference in microstructure among the specimens was observed. Specimens were cut from the corner and the straight edge of the patch repair, away from the corner. The only cracks present were found to be associated with inadequate surface preparation to remove oxidation. Guidelines for oxide removal and the welding procedures developed in the research enabled crack-free welds to be produced.d.
The B1914 Ni-base superalloy was manufactured according to crystal structures of poly-, directionally solidified- and single crystals. We observe deformation as type of different crystal structure from room to high temperature. Specimens are controled by cooling rate and thermal gradient and then heat treatment in vacuum and then cooling with Ar gas. Different crystal structure has different stress-strain characteristic. At $600^{\circ}C$, yield strength and ultimate strength is increased single-, directionally solidified- and poly crystals in order.
This study investigated the effect of bonding temperature and holding time on microstructures and mechanical properties of diffusion bonded joint of Haynes230. The diffusion bonds were performed at the temperature of 950, 1050, and $1150^{\circ}C$ for holding times of 30, 60, 120 and 240 minutes at a pressure of 4MPa under high vacuum condition. The amount of non-bonded area and void observed in the bonded interface decreased with increasing bonding temperature and holding time. Cr-rich precipitates at the linear interface region restrained grain migration at $950^{\circ}C$ and $1050^{\circ}C$. However, the grain migration was observed in spite of short holding time due to the dissolution of precipitates to base metal in the interface region at $1150^{\circ}C$. Three types of the fracture surface were observed after tensile test. The region where the coalesce and migration of grain occurred much showed high fracture load because of base metal fracture whereas the region where those did less due to the precipitates demonstrated low fracture load because of interface fracture. The expected fracture load could be derived with the value of fracture area of base metal ($A_{BF}$) and interface ($A_{IF}$), $Load=201A_{BF}+153A_{IF}$. Based on this equation, strength of base metal and interface fracture were calculated as 201MPa and 153MPa, respectively.
On the Transient Liquid Phase Bonding (TLPB) phenomenon with the MBF-50 insert metal at narrow gap (under 100), it takes long time for the bonding and the homogenizing. Typically, isothermal solidification is controlled by the diffusion of depressed element of B and Si. However, the amount of B and Si in the MBF-50 filler metal is large. This is reason of the long bonding time. Also, the MBF-50 filler metal did not contained Al and Ti which are ${\gamma}^{\prime}$ phases former. This is reason of the long homogenizing time. From the bonding phenomenon with the MBF-50 insert metal, we search main factors on the bonding mechanism and select several insert-metals for using the wide-gap TLPB. New insert-metals contained Al and Ti which are ${\gamma}^{\prime}$ phases former and decrease the B then the MBF-50. When the new insert-metal was used on the TLPB, the bonding time was decreased about 1/10 times and homogenizing heat treatment was no needed. In spite of the without homogenizing, the volume fraction of ${\gamma}^{\prime}$ phases in the boned interlayer was equal to homogenizing heat treated specimen which was TLPB with the MBF-50. Finally, the new insert metal named WG1 for the wide-gap TLPB is more efficient then the MBF-50 filler metal without decreasing the bonding characteristic.
The effects of atmosphere on the creep rupture properties of Ni-base superalloy Ren6 80 were investigated. Creep rupture tests were performed at $760^{\circ}C$, 657MPa and 982%, 157MPa under Ar gas atmospheres. Creep rupture mode and rupture properties (rupture life and elongation) were similar in two different atmospheres under the condition of $760^{\circ}C$, 657MPa. However, the results at $982^{\circ}C$, 157MPa showed different creep rupture mode and life between air and Ar gas atmospheres. In air, it was shown that creep cracks were initiated at surface-exposed grain boundaries and propagated along grain boundaries. In Ar gas atmosphere, the cracks were initiated at inner grain boundaries and coalesced to surface cracks which cause cup-and-cone type fracture. Due to protective oxide layer formation, air test showed longer rupture life than Ar test.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.5
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pp.660-669
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1998
In this paper the Hardness and Electro-chemical corrosion of the Nimonic 80A superalloy were studied. It aging heat treatments was carried out at $650^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, $750^{\circ}C$,$800^{\circ}C$ and $850^{\circ}C$ with different time of 20min , 30min 1hour, 2hours, 4hours, and 16hours additionally 64hours and 128hours at $650^{\circ}C$. The obtained results were as follows; 1. As aging temperature increased the time for the maximum hardness was reduced from 128hours at $650^{\circ}C$ to 30min at $850^{\circ}C$ whereas the highest hardness was reduced from Hv 381 at $650^{\circ}C$ to Hv 321 at $850^{\circ}C$. 2. In the Electro-chemical corrosion test as a function of aging heat treatment time and tem-perature the corrosion potential was reversely proportional to Hardness which indicated the effects of ${\gamma}/{\gamma}'$ coherency of base material and precipitate. 3. Initiation point of the pitting was observed at grain boundary twin boundary and near${\gamma}'$ pre-cipitates. The results of composition analysis by EDS at this point indicated that sulphur originat-ed from 1N $H_2SO_4$ solution was found in depletion at the grain boundaries and the pit which arouse in the near precipitates were lack of Al Ti and Ni which are the main element of ${\gamma}'$ The depletion of such element was cause breakdown of passive film.
Recently nickel based superalloys are extensively being regarded as the materials for the steam turbine parts for hyper super critical (HSC) power plants working at the temperature over $700^{\circ}C$, since the materials have excellent strength and corrosion resistance in high temperature. In this paper, alloy 617 of solution strengthened material and alloy 263 of ${\gamma}^{\prime}$-precipitation strengthened material were prepared as the testing materials for HSC plants each other. Post weld heat treatment (PWHT) was conducted with the gas tungsten arc (GTA) welded specimens. The microstructure of the base metals and weld metals were investigated with Electron Probe Micro-Analysis (EPMA) and Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). The experimental results revealed that Ti-Mo carbides were formed in both of the base metals and segregation of Co and Mo in both of the weld metals before PWHT and PWHT leaded to precipitation of various carbides such as Mo carbides in the specimens. Furthermore, fine ${\gamma}^{\prime}$ particles, that were not precipitated in the specimens before PWHT, were observed in base metal as well as in the weld metal of alloy 263 after PWHT.
In order to investigate the hot cracking phenomena of the Inconel 690 overlay welds, the hot cracking test(modified Varestraint test) was performed by varying augmented strain and welding speed in GTAW. A total of five kinds of specimens was used in the hot cracking test. The specimens used were two kinds of one layer specimens that were composed of just Inconel 690 deposited metal and three kinds of double layer specimens that were composed with as upper part of Inconel 690 weld metal and lower part of SA508 cl.3 or STS 309L. The main results are as fo11ows: In the welds composed of just Inconel 690, as the augmented strain was more increased and the welding speed was more decreased, the extent of cracking was more increased. And these cracks were mainly solidification cracks, and liquation cracks were also observed partially in HAZ. And hot cracking susceptibily of Inconel 690 welds by using filler metals containing Nb were higher than that of the welds with Nb free. The hot cracking susceptibility of Inconel 690 weld metal was increased with dilution of SA 508 cl.3 and STS 309L, and the influence of SA 508 cl.3 was higher than that of 575 309L. The results of calculation of $TSC\Delta$ and $TLC\Delta$ in Inconel 690 weld metal changed by dilution with base metal or neighboring welds were agreed well with the results of hot cracking test in this study. Therefore, it was expected that the hot cracking was considerably decreased or prevented by using proper welding conditions such as lower heat input, filler metals, base metal and neighboring welds.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.1358-1362
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2005
The Ni-base superalloy GTD-111DS was designed in the 1970s and is widely used as the material of the first stage blade under a severe combination of temperature and pressure in gas turbines. But because GTD-111DS is distributed in the shape of blade and blade has a unique figure and many cooling channels, it is hard to manufacture the test specimen. In this reason, there are little data on the microstructure and mechanical properties of the alloy. Therefore through the microstructure analysis, present paper observed that the shape of $\gamma{'}$ did not change even if aging time was increased but the amount and volume of the deposition of secondary $\gamma{'}\;rose\;and\;secondary\;\gamma{'}\;grew\;among\;primary\;\gamma{'}$. Also, by tensile test for different temperature, there was difference between yield strength and tensile strength in room temperature on heat treatment and extracting region but the more increasing temperature, the more decreasing difference between yield strength and tensile strength.
Alloy 617 is a Ni-base superalloy and a candidate material for the intermediate heat exchanger (IHX) of a very high temperature gas reactor (VHTR) which is one of the next generation nuclear reactors under development. The high operating temperature of VHTR enables various applications such as mass production of hydrogen with high energy efficiency. Alloy 617 has good creep resistance and phase stability at high temperatures in an air environment. However, it was reported that the mechanical properties decreased at a high temperature in an impure helium environment. In this study, high-temperature corrosion tests were carried out at $850^{\circ}C-950^{\circ}C$ in a helium environment containing the impurity gases $H_2$, CO, and $CH_4$, in order to examine the corrosion behavior of Alloy 617. Until 250 h, Alloy 617 specimens showed a parabolic oxidation behavior at all temperatures. The activation energy for oxidation in helium environment was 154 kJ/mol. The SEM and EDS results elucidated a Cr-rich surface oxide layer, Al-rich internal oxides and depletion of grain boundary carbides. The thickness and depths of degraded layers also showed a parabolic relationship with time. A normal grain growth was observed in the Cr-rich surface oxide layer. When corrosion tests were conducted in a pure helium environment, the oxidation was suppressed drastically. It was elucidated that minor impurity gases in the helium would have detrimental effects on the high-temperature corrosion behavior of Alloy 617 for the VHTR application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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