Composition and Temperature Stability of η and δ Phases for Future Nickel-Base Superalloys for Turbine Disks Application

Finet, Laurane; Esin, Vladimir А.; Maurel, Vincent; Nazé, Loïc

doi:10.1007/978-3-030-51834-9_11

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“…In this context, it was found that Co-addition increases the solvus temperature of the Nb-rich high temperature precipitates that were identified to consist of η-and δphase [25]. Finet et al [26] studied the formation of the δ and η-phase in two experimental alloys with varying Cr and Co content. In all cases, they observed an increase in the volume fraction of the phases with increased Cr content whereas an increased Co content further increased the volume fraction in one alloy, but not in the other.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Effect of Co and Cr on the Stability of Strengthening Phases in Nickelbase Superalloys

Bäker

Rösler

2022

Crystals

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Nickel-base superalloys such as VDM 780 may possess a high content of Cr and Co. This influences solution energies of phase-forming elements such as Al and Ta (γ′-phase), Nb (γ′′- and δ-phase), and Ti (η-phase). We perform density functional theory studies of a nickel matrix at 0 K with high concentrations of either Co and Cr and calculate the influence of these elements on solution energies. In the case of Co, the solution energy can be predicted well by the nearest-neighbor interaction in the Co-rich matrix. For Cr, the effect is more complicated because Cr has a larger ionic radius and changes the magnetic state of the material. The effect of a Cr-rich matrix on the energy of Co is dominated by magnetic effects and interactions with the other elements by elastic deformation of the lattice. A high content of Co or Cr will thus increase the solvus temperature of the strengthening phase in nickel-base superalloys, in agreement with the literature and thermodynamic calculations.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Effect of Co and Cr on the Stability of Strengthening Phases in Nickelbase Superalloys

Bäker

Rösler

2022

Crystals

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“…The metastable " phase transforms into the stable -phase (Ni3Nb, needle-like and plate-like) when exposed to temperatures above 650 °C. On the other hand, in the superalloy manufacturing processes, microstructure control is critical for developing optimal mechanical properties [1,2].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Since their inception, nickel-base superalloys have been studied [1][2][3][4][5][6][7][8][9] to understand their behavior under different thermal and mechanical conditions. For instance, the so-called direct aging (DA), which omits the solution annealing step, and proceeds directly to age hardening after forging to increase the yield strength by at least 10% at 650 °C, by both retaining high dislocation densities and changing the nanoscale co-precipitate morphology [6].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Microstructural analysis of a partially recrystallized nickel-based superalloy undergoing delta-processing

Kañetas

Orozco-Mendoza

Calvo

et al. 2022

Journal of Alloys and Compounds

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“…La presencia de dos fases γ' se debe a que ocupan el espacio estequiométrico A(Ni,Cu). La fase η(Ni3Ti) deriva de la fase γ' y está representada por una estructura cristalina hexagonal [316] con la misma estequiometría que la fase γ' pero con forma de acicular [317]. La estequimetria de la fase B2 es AB, donde los elementos son de los grupos IV a XIII [318][319][320].…”

Section: Caracterización Microestructural De Aleación Hea1unclassified

Diseño de aleación de alta entropía de alto desempeño mecánico en condiciones de bajas y altas temperaturas para aplicaciones energéticas y aeroespaciales.

Rojas Jara,

Melendrez Castro

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Debido al continuo avance tecnológico y a los crecientes requerimientos de la industria moderna, es necesario buscar materiales de alto rendimiento para satisfacer las necesidades industriales actuales como la automotriz, aeroespacial y energética, que enfrentan claras limitaciones en las condiciones de fabricación y en los requerimientos de los materiales. Además, para obtener materiales de alto rendimiento, se han tenido que buscar nuevas metodologías de diseño. Ejemplo de lo anterior son las aleaciones de alta entropía. Su diseño requiere la consideración de variables no convencionales o no contempladas en la metodología CALPHAD. Una de estas variables son los rangos de estabilidad de los electrones de valencia, que están acoplados al factor de empaquetamiento atómico. Adicionalmente, el diseño de materiales progresivos esta involucrando el aprendizaje automático como método predictivo de aleaciones complejas. En este contexto, se han diseñado, fabricado y caracterizados materiales metálicos complejos, que incluyen un acero avanzado de alta resistencia mecánica y aleaciones de alta entropía con mecanismos de refuerzo mecánico. Estos materiales buscan satisfacer las necesidades de las industrias mencionadas, y ofrecen una solución prometedora para mejorar el desempeño de los componentes y sistemas utilizados en ellas. El diseño se realizó utilizando CALPHAD, análisis exploratorio de datos y aprendizaje automático para las aleaciones de alta entropía. Se estudiaron los mecanismos de refuerzo por plasticidad inducida y precipitación mediante caracterización microestructural y mecánica en múltiples escalas para aplicaciones energéticas y aeroespaciales. Como principales resultados en el acero avanzado de alta resistencia mecánica se obtuvo posterior al tratamiento de temple y partición una retención máxima de austenita de un 10.75% con una absorción de energía indirecta (tolerancia al daño) de 30.55 GPa%. Además, se ha observado que la estabilización de la austenita retenida se ve afectada por el espesor de la muestra debido a la cinética de difusión durante el proceso de partición. Esto se debe a que, a medida que aumenta el espesor, la muestra experimenta una menor homogeneidad de temperatura a lo largo del tiempo debido a la transferencia de calor. Los principales resultados obtenidos en las aleaciones de alta entropía consistieron en nuevos rangos de estabilidad basados en la concentración de electrones de valencia (VEC por sus siglas en inglés) acoplado al factor de empaquetamiento atómico para la predicción de fases. La resistencia a bajas y altas temperaturas de la aleación de alta entropía diseñada Fe36.29Cr28.9Ni26.15Cu4.17Ti1.67V2.48C0.46 es destacable entre la media de las aleaciones de alta entropía FCC, incluso en su condición salida de fundición. La aleación presentó una resistencia al impacto a -196°C de 103.01 J y de 93.195 J para una temperatura de 25°C debido a refuerzo por plasticidad inducida mixta TRIP/TWIP. La resistencia al daño obtenida a temperaturas de 600°C fue de 30.06 GPa% y a temperatura ambiente de 47.64 GPa%, siendo una aleación apta para aplicaciones a altas temperaturas y a temperaturas extremadamente bajas. La aleación de alta entropía Fe37.37Cr26.38Ni7.44Cu6.41Mn17.59Nb1.17C3.63 resulto en una aleación eutéctica de grano ultrafino con refuerzo de fase B2 principalmente. La resistencia al daño en la condición solubilizada parcialmente fue de 37.20 GPa%, el refuerzo mecánico proporcionado por la fase B2 y grano ultrafino son prometedores, sin embargo, es requerido un mayor control sobre la fase Laves.

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Composition and Temperature Stability of η and δ Phases for Future Nickel-Base Superalloys for Turbine Disks Application

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Effect of Co and Cr on the Stability of Strengthening Phases in Nickelbase Superalloys

Effect of Co and Cr on the Stability of Strengthening Phases in Nickelbase Superalloys

Microstructural analysis of a partially recrystallized nickel-based superalloy undergoing delta-processing

Diseño de aleación de alta entropía de alto desempeño mecánico en condiciones de bajas y altas temperaturas para aplicaciones energéticas y aeroespaciales.

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