HIP diffusion bonding of Ni-based superalloys, cast Mar-M247 (MM247) and Udimet 720 (U720) powder, was experimentally and numerically studied. Subsolvus HIP treatment was optimized by investigating the variations of high temperature tensile properties of HIP-bonded specimens with powder size, HIP'ing time, etc. While the tensile strength at high temperatures showed no detectable changes, the tensile elongation and reduction in area were slightly increased as the powder size decreased from -140 mesh to -270 mesh. While as-HIP'ed U720 showed a high tensile strength comparable to that of lorded U720 alloy, the HIP diffusion-bonded specimen showed a strength lower than the forged U720 alloy and the cast MM247 alloy The increase of HIP'ing tune from 2 hours to 3 hours resulted in a rapid risc of tensile strength and elongation due to the disappearence of microvoids in the cast MM247. FEM simulation for HIP process was conducted by applying the McMeeking micromechanical model, which uses power-law creep model as constitutive equations. ABAQUS user subroutine CREEP with an implemented microscopic model was used for the simulation. Numerical simulation was shown to be essential for the near-net shape manufacturing as well as the HIP process optimization.
A strain-gradient crystal plasticity constitutive model was developed in order to predict the Hall-Petch behavior of a Ni-base polycrystalline superalloy. The constitutive model involves statistically stored dislocation and geometrically necessary dislocation densities, which were incorporated into the Bailey-Hirsch type flow stress equation with six strength interaction coefficients. A strain-gradient term (called slip-system lattice incompatibility) developed by Acharya was used to calculate the geometrically necessary dislocation density. The description of Kocks-Argon-Ashby type thermally activated strain rate was also used to represent the shear rate of an individual slip system. The constitutive model was implemented in a user material subroutine for crystal plasticity finite element method simulations. The grain size dependence of the flow stress (viz., the Hall-Petch behavior) was predicted for a Ni-base polycrystalline superalloy NIMONIC PE16. Simulation results showed that the present constitutive model fairly reasonably predicts 0.2%-offset yield stresses in a limited range of the grain size.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.48-48
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2003
가스터빈 핵심부품은 모두 고온고압의 열악한 환경에서 사용되므로 정기적으로 열화상태를 파악하여 신품으로의 교체 또는 재생 정비해야 한다. 그러나 국내의 재생 정비기술의 낙후로 인해 재생 가능한 고가의 부품까지 폐기, 교체함으로써 발전원가 상승의 주 요인이 되고 있다. 본 연구에서는 발전용 GT 블레이드 재료인 IN738LC 및 GTD111 판상시편에 대하여 다양한 용접 방법과 변수로 PTA 육성용접하였으며, 각 변수에 따른 미세조직 변화를 관찰하고 모의결함 시편에 대해 기계적 물성을 평가하였다.
Seo, Seong-Moon;Jeong, Hi-Won;Lee, Je-Hyun;Yoo, Young-Soo;Jo, Chang-Yong
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.11
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pp.882-892
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2011
The influence of rhenium (Re) and ruthenium (Ru) addition on the solidification and solute redistribution behaviors in advanced experimental Ni-base superalloys has been investigated. A series of model alloys with different levels of Re and Ru were designed based on the composition of Ni-6Al-8Ta and were prepared by vacuum arc melting of pure metallic elements. In order to identify the influence of Re and Ru addition on the thermo-physical properties, differential scanning calorimetry analyses were carried out. The results showed that Re addition marginally increases the liquidus temperature of the alloy. However, the ${\gamma}^{\prime}$ solvus was significantly increased at a rate of $8.2^{\circ}C/wt.%$ by the addition of Re. Ru addition, on the other hand, displayed a much weaker effect on the thermo-physical properties or even no effect at all. The microsegregation behavior of solute elements was also quantitatively estimated by an electron probe microanalysis on a sample quenched during directional solidification of primary ${\gamma}$ with the planar solid/liquid interface. It was found that increasing the Re content gradually increases the microsegregation tendency of Re into the dendritic core and ${\gamma}^{\prime}$ forming elements, such as Al and Ta, into the interdendritic area. The strongest effect of Ru addition was found to be Re segregation. Increasing the Ru content up to 6 wt.% significantly alleviated the microsegregation of Re, which resulted in a decrease of Re accumulation in the dendritic core. The influence of Ru on the microstructural stability toward the topologically close-packed phase formation was discussed based on Scheil type calculations with experimentally determined microsegregation results.
Noh, GooWon;Kim, Young Do;Lee, Kee-Ahn;Kim, Hwi-Jun
Journal of Powder Materials
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v.27
no.1
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pp.8-13
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2020
In this study, we investigated the effects of precipitates and oxide dispersoids on the high-temperature mechanical properties of oxide dispersion-strengthened (ODS) Ni-based super alloys. Two ODS Ni-based super alloy rods with different chemical compositions were fabricated by high-energy milling and hot extrusion process at 1150 ℃ to investigate the effects of precipitates on high-temperature mechanical properties. Further, the MA6000N alloy is an improvement over the commercial MA6000 alloy, and the KS6000 alloy has the same chemical composition as the MA6000 alloy. The phase and microstructure of Ni-based super alloys were investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. It was found that MC carbide precipitates and oxide dispersoids in the ODS Ni-based super alloys developed in this study may effectively improve high-temperature hardness and creep resistance.
Jo, Su-Haeng;Jang, Jun-Seon;Jeong, Myeong-Su;O, Seung-Cheol;Sin, Yeong-Jun
Korean Journal of Materials Research
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v.9
no.10
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pp.985-991
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1999
Corrosion behaviors of Incoloy 800H, KSA(Kaeri Superalloy)-6, Inconel 600 and Hastelloy C-276 in molten salts were investigated in the temperature range of 650 ~ $850^{\circ}C$. Due to $\textrm{Li}_{2}\textrm{O}$-induced basic fluxing mechanism, the corrosion rates of the alloys in mixed molten salt of LiC1-$\textrm{Li}_{2}\textrm{O}$ were significantly higher than those in molten salt of LiCl. In the mixed molten salt, Fe-base alloys showed higher corrosion resistance than the Ni-base alloys. and Hastelloy C-276 with high Mo and W contents exhibited the highest corrosion rate among the examined alloys. The single layer of $\textrm{LiCrO}_{2}$ was formed in molten salt of LiCl and two phase structure of a scale consisted of oxides and Ni was formed in the mixed molten salt.
The electrolytic reduction of spent oxide fuel involves the liberation of oxygen in a molten LiCl electrolyte, which results in a chemically aggressive environment that is too corrosive for typical structural materials. So, it is essential to choose the optimum material for the process equipment handling molten salt. In this study, corrosion behavior of Inconel 713LC, Inconel MA 754, Nimonic 80A and Nimonic 90 in the molten salt $LiCl-Li_2O$ under an oxidizing atmosphere was investigated at $650^{\circ}C$ for 72~216 hrs. Inconel 713LC alloy showed the highest corrosion resistance among the examined alloys. Corrosion products of Inconel 713LC were $Cr_2O_3$, $NiCr_2O_4$ and NiO, and those of Inconel MA 754 were $Cr_2O_3$ and $Li_2Ni_8O_{10}$ while $Cr_2O_3$, $LiFeO_2$, $(Cr,Ti)_2O_3$ and $Li_2Ni_8O_{10}$ were produced from Nimonic 80A. Also, corrosion products of Nimonic 90 were found to be $Cr_2O_3$, $(Cr,Ti)_2O_3$, $LiAlO_2$ and $CoCr_2O_4$. Inconel 713LC showed local corrosion behavior and Inconel MA 754, Nimonic 80A, Nimonic 90 showed uniform corrosion behavior.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.10
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pp.1403-1409
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2010
For many years, high-strength nickel-base superalloys have been used to manufacture turbine blades because of their excellent performance at high temperatures. The prediction of fatigue life of superalloys is important for improving the efficiency of the turbine blades. In this study, low cycle fatigue tests are performed for different values of total strain and temperature. The relations between strain energy density and number of cycles before failure occurs are examined in order to predict the low cycle fatigue life of IN738LC super alloy. The results of low cycle fatigue lives predicted by strain energy methods are found to coincide with experimental data and with the results obtained by the Coffin-Manson method.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.427-430
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2007
Gas turbine disk components have been used by Ni-base superalloys which have high temperature strength for enduring stress induced by high speed rotation. This study introduced the overview of development strategy of precision forging of turbine disk and closed-die forging process for manufacturing good quality gas turbine disk. To make superior quality turbine disk, it is important to select optimal forging process conditions like preform shape, die shape and forging temperature etc. In this paper, closed-die forging process has been studied through the rigid-plastic finite element simulation. Proposed forging process can be used for the successful manufacturing of small-size gas turbine disk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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