An attempt was made to evaluate creep reliability of two commercial Ni-based superalloys by using ultrasonic wave. The materials include fine-grained PM alloy fabricated by mechanical alloying and subsequent hot isostatic pressing, and IN738LC cast alloy with a grain size of a few cm. Microstructural parameters (fraction of creep cavity and size of ${\gamma}^{\prime}$ precipitates) and ultrasonic parameters (velocity, attenuation) were measured to try to find relationships between them. Ultrasonic velocity decreased with creep cavity formation in PM alloy. On the other hand, no distinct changing trend of ultrasonic velocity was observed for IN738LC alloy. Ultrasonic attenuation was found to have a linear correlation with the size of ${\gamma}^{\prime}$ precipitates and was suggested as a potential parameter for monitoring creep reliability of IN738LC alloy.
Choi, Baig-Gyu;Kim, In Soo;Do, Jeonghyeon;Jung, Joong Eun;Seok, Woo-Young;Lee, Yu-Hwa
Journal of Korea Foundry Society
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v.40
no.4
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pp.118-127
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2020
Microstructural evolution during a heat treatment and high-temperature tensile properties have been investigated in conventionally cast CM247LC. In as-cast specimens, MC carbides with high amounts of Ta, Ti, Hf, and W were found to exist in the interdendritic regions, and γ' was observed in the form of cubes and octocubes prior to decomposition into cubes. In the heat-treated condition, some portion of eutectic γ-γ' remained, and uniform cubic γ' was observed in both interdendritic regions and dendrite core. Three types of carbides with different stoichiometries and compositions were found at the grain boundaries. MC carbides with high Hf contents were observed in the vicinity of eutectic γ-γ'. The highest tensile strength value was found at 750℃, whereas the greatest ductility appeared at 649℃. The effect of the temperature on the tensile properties was closely related to the dislocation structure. With increase in the test temperature, the density of dislocations inside γ' decreased, whereas that in the γ matrix increased. Stacking faults generated in γ' at 750℃ had a strengthening effect, whereas thermally activated dislocation motion at a high temperature was considered to have the opposite effect.
In this study, solid solution heat treatment of consolidated nickel-based superalloy powders is carried out by hot isotactic pressing. The effects of the cooling rate of salt quenching, and air cooling on the microstructures and the mechanical properties of the specimens are analyzed. The specimen that is air cooled shows the formation of serrated grain boundaries due to their obstruction by the carbide particles. Moreover, the specimen that is salt quenched shows higher strength than the one that is air cooled due to the presence of fine and close-packed tertiary gamma prime phase. The tensile elongation at high temperatures improves due to the presence of grain boundary serrations in the specimen that is air cooled. On the contrary, the specimen that is salt quenched and consists of unserrated grain boundaries shows better creep properties than the air cooled specimen with the serrated grain boundaries, due to the negative creep phenomenon.
The Ni-based superalloy, Inconel 740, was corroded between 800 and 1100℃ for up to 100 hr in air and Ar-0.2%SO2 gas in order to study its corrosion behavior in air and sulfur/oxygen environment. It displayed relatively good corrosion resistance in both environment, because its corrosion was primarily dominated by not sulfidation but oxidation especially in Ar-0.2%SO2 gas. Such was attributed to the thermodynamic stability of oxides of alloying elements when compared to corresponding sulfides. The scales consisted primarily of Cr2O3, together with some NiAl2O4, MnCr2O4, NiCrMnO4, and rutile-TiO2. Sulfur from SO2 gas made scales prone to spallation, and thicker. It also widened the internal corrosion zone when compared to air. The corrosion resistance of IN740 was mainly indebted to the formation of protective Cr2O3-rich oxides, and suppression of the sulfide formation.
Hot gas path components, which are made of nickel based superalloys, are subject to periodic replacement due to degradation of thermomechanical properties that might bring catastrophic failure during normal operation of gas turbine units. In order to rejuvenate the metallurgical condition of the serviced components, heat treating techniques such as solution annealing and aging heat treatments have widely been employed. However, the effectiveness of those typical heat treatments is not apparent enough in terms of quantitative grounds. On the other hand the demand of the rejuvenation heat treatment and hot isostatic pressing (HIP) have constantly been raised by the end users. Therefore it is necessary to verify how the typical heat treating techniques affect to the aged and degraded material. As the result of experimental work in this study, GTD-111 and GTD-222 Ni-based superalloys were collected and analyzed quantitatively through microscopic observation, microhardness evaluation and creep test.
Alloy 617 is considered as a candidate Ni-based superalloy for the intermediate heat exchanger (IHX) of a very high-temperature gas reactor (VHTR) because of its good creep strength and corrosion resistance at high temperatures. Helium is used as a coolant in a VHTR owing to its high thermal conductivity, inertness, and low neutron absorption. However, helium inevitably includes impurities that create an imbalance in the surface reactivity at the interface of the coolant and the exposed materials. As the Alloy 617 has been exposed to high temperatures at $950^{\circ}C$ in the impure helium environment of a VHTR, the degradation of material is accelerated and mechanical properties decreased. The high-temperature strength, creep, and corrosion properties of the structural material for an IHX are highly important to maintain the integrity in a harsh environment for a 60 year period. Therefore, an alloy superior to alloy 617 should be developed. In this study, the mechanical and high-temperature corrosion properties for Ni-Cr alloys fabricated in the laboratory were evaluated as a function of the grain boundary strengthening and alloying elements. The ductility increased and decreased by increasing the amount of Mo and Cr, respectively. Surface oxide was detached during the corrosion test, when Al was not added to alloy. However the alloy with Al showed improved oxide adhesive property without significant degradation and mechanical property. Aluminum seems to act as an anti-corrosive role in the Ni-based alloy.
The silicon nitride based ceramic cutting tool materials have been fabricated by gas pressure sintering (GPS) or hot pressing (HP). Their mechanical properties were measured and the effect of the fabrication variables on the properties were examined. Also, effect of adding TiN or TiC particulates on the mechanical properties of the silicon nitride ceramics were investigated. Ceramic cutting tools (ISO 120408) were made of the sintered bodies. Cutting performance test were performed on either conventional or NC lathe. The workpieces were grey cast iron, hardened alloy steel (AISI 4140, HRc>60) and Ni-based superalloy (Inconel 718). The results showed that fabrication variables, namely, sintering temperature and time, exerted a strong influence on the microstincture and mechanical properties of the sintered body, which, however, did not make much difference in wear resistance of the tools. High hardness of the tool containing TiC particulates exhibited good cutting performance. Extensive crater wear was observed on both monolithic and TiN-containing silicon nitride tools after cutting the hardened alloy steel. Inconel 718 was extremely difficult to cut by the current cutting tools.
Choi, Baig-Gyu;Do, Jeonghyeon;Jung, Joong Eun;Seok, Woo-Young;Lee, Yu-Hwa;Kim, In Soo
Journal of Korea Foundry Society
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v.41
no.6
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pp.505-515
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2021
Creep properties of directionally solidified Ni-based superalloy CM247LC under various temperature and stress conditions have been investigated. In the heat-treated specimen, some portion of eutectic γ-γ' remained, and uniform cubic γ' was observed in the dendrites. At low temperature (750℃) and high stress condition, a large amount of deformation occurred during the primary creep, while the tertiary creep region accounted for most of the creep deformation under high temperature and low stress condition. γ' particles are sheared by dislocation dissociated into super lattice partial dislocations separated by stacking faults at 750℃. No stacking faults in γ' were found at and above 850℃ due to the temperature dependence of the stacking fault energy. Raft structure of γ' was found after creep test at high temperature of 950℃ and 1000℃. At 850℃, the deformation mechanism was shown to be dependent on the stress condition, and so rafting was observed only under low stress condition.
Kim Gyeong-Ho;Kim Gwang-Ho;Lee Min-Gu;Lee Ho-Jin;Kim Heung-Hoi;Kim Suk-Hwan
Proceedings of the KWS Conference
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2006.05a
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pp.266-268
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2006
The effects of the brazing temperature and homogenizing time for brazed specimens on the joint of Ni-based superalloys such as Haynes 250, Inconel 617 and Hastelloy-X were investigated. The brazing alloy is nickel base MBF 15. The foil had a thickness of $38{\mu}m$, which was used two sheets of that for the all experiments. The experimental brazing was carried out by a brazing process in a vacuum of approximately $2{\times}10^{-5}$ Torr, an applied pressure of about 0.74MPa and the three kinds of brazing temperatures were 1100, 1150, and $1190^{\circ}C$ for a holding time of 5 to 1440 minutes. Microstructural observations were made on the cross-sectional samples by using an optical microscope(OM), scanning electron microscope(SEM), and electron probe X-ray microanalyzer(EPMA). The tensile tests were performed at room temperature with a cross head speed 1.5 mm/min according to ASTM E8M. The results show that excellent joint tensile strengths of as high as 788MPa were obtained when processed at $1190^{\circ}C$ for 5 minutes.
단련용 다결정 Ni기 초내열합금은 우수한 가공성, 내산화성, 고온특성 등으로 가스터빈 연소기, 디스크, 증기발생기 전열관 등 발전용 고온부품 소재에 널리 적용되고 있다. 최근 발전설비의 고효율화를 꾀하기 위해 작동 온도를 현격히 증가시키는 기술방향으로 발전하고 있고, 소재측면에서는 기존의 초내열합금 대비 고기능성을 확보할 수 있는 차세대 Ni기 초내열합금 개발이 유럽, 미국, 일본, 중국 등을 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 이러한 소재의 고온강도 (온도수용성)를 향상시키기 위해서는 통상 규칙격자 금속간화합물인 $Ni_3(Al,Ti)-{\gamma}'$상의 분율을 증가시킬 수 있지만, ${\gamma}'$상분율이 증가할 경우 용접 및 후열처리 동안 용접열영향부 (HAZ)에서 액화균열이 발생할 가능성이 높아진다. 결정립계를 따라 발생하는 HAZ 액화균열은 입계특성에 의해 크게 영향을 받을 것으로 판단된다. 한편, 본 연구자들은 최근 입계 serration 현상을 단련용 합금에 도입시키는 특별한 열처리를 이론적 접근법을 통해 개발하였다. 형성된 파형입계는 결정학적인 관점에서 조밀 {111} 입계면을 갖도록 분해 (dissociation)되어 낮은 계면에너지를 갖게 됨을 확인하였으며, 입계형상 변화뿐만 아니라 탄화물 특성변화까지 유도하여 크리프 수명을 기존대비 약 40% 정도 향상시킴을 확인하였다. 이러한 직선형 입계 대비 'special boundary'로 간주되는 파형입계가 도입될 경우, HAZ 결정립크기 변화 및 액화거동에 미치는 영향을 고찰하고, 아울러 입계특성 제어가 용접성/용접부 품질 향상에 기여할 수 있는 가능성도 토의하고자 하였다. 본 연구에서는 재현 HAZ 열사이클 시험을 통해 미세구조를 정량적으로 비교하였다. 상대적으로 입계구조가 안정된 파형입계의 이동속도가 高계면 에너지를 갖는 직선형 입계보다 느려 HAZ 결정립 성장이 효과적으로 억제됨을 확인할 수 있었다. 입계 액화거동을 살펴보면, 두 시편 모두 $M_{23}C_6$, MC 등 입계탄화물 계면이 빠른 승온중 액화반응 (constitutional liquation)에 의해 입계가 액화되었으며, 이후 급냉에 의해 입계에 액상막이 존재한 흔적이 발견되었다. 최고온도별로 입계액화 폭/비율을 정량적으로 비교한 결과, 파형입계가 직선입계 대비 대체로 낮음을 확인할 수 있었으며, 때때로 액화되지 않고 잔존하는 입계 탄화물이 관찰되었다. 재현 HAZ 미세조직을 통해 Hot ductility 시험 결과를 유추하자면, 파형입계가 직선입계 보다 좁은 취성온도영역 (Brittle Temperature Range)을 나타낼 것으로 예상되어, 입계특성제어에 의해 Ni기 초내열합금의 용접성을 향상 가능성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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