This study investigates the effect of heat treatment on the mechanical properties of a forged Ni-based superalloy called Nimonic 80A. Nimonic 80A ingot samples were fabricated by vacuum spray casting to achieve a fine and homogenized microstructure. The ingot samples were subsequently hot-forged with the diameter of 220 mm at 1373 K. From the center to the surface of the forged Nimonic 80A, its average grain size decreased and its micro-Vickers hardness increased slightly. Solution treatment was carried out at 1353 K with 8 hours of air cooling followed by aging treatment, which was carried out in the range of 873-1073 K with various times from 0.5 to 256 hours. To set the optimum aging conditions, micro-Vickers hardness tests were performed. The maximum hardness value of 388.0 Hv was obtained by aging at 973 K for 32 hours. Also, tensile tests were performed for optimum aging conditions at room temperature and 873 K. The results can be used effectively to perform reasonable heat treatment of Nimonic 80A superalloy.
Gas turbine blades serviced for a period are usually repaired for reuse via "rejuvenation processes" including fluoride ion cleaning, brazing or welding, and recoating. Among these processes, the welding process is applied to rebuilt damaged parts of the blade in which welding materials being mostly Ni base superalloy are supplied in the form of powder or wire. When powder is used in the welding process, the uniform supply of powder is a very important factor for the uniformity of welding. According to our experience, the uniformity was very poor with the powder supply system only utilizing pressurized air flow. A new powder supply system was developed in which powder is supplied via air flow and simultaneously mechanically. The welding uniformity was much improved with this new system. In this study, the microstructure and mechanical properties of welded parts obtained from several kinds of powder using the new powder supply system were characterized.
The effects of different types of process control agents (PCA) on the microstructure evolution of Ni-based oxide dispersion-strengthened superalloy have been investigated. Alloy synthesis was performed on elemental powders having a nominal composition of Ni-15Cr-4.5Al-4W-2.5Ti-2Mo-2Ta-0.15Zr-1.1Y2O3 in wt % using high energy ball milling for 5 h. The prepared powders are consolidated by spark plasma sintering at 1000℃. Results indicated that the powder ball-milled with ethanol as PCA showed large particle size, low carbon content and homogeneous distribution of elemental powders compared with the powder by stearic acid. The sintered alloy prepared by ethanol as PCA exhibited a homogeneous microstructure with fine precipitates at the grain boundaries. The microstructural characteristics have been discussed on the basis of function of the PCA.
Yanagawa, Hiroto;Nakamura, Daisuke;Hirose, Akio;Kobayashi, Kojiro F.
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.193-198
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2002
In 1his paper, applicability of laser welding to joining process of single crystal nickel base superalloy turbine blades was investigated. Because heat input of laser welding is more precisely controlled 1han TIG welding, it is possible to optimize solidification microstructure of the welds. Since in single crystal nickel base superalloy the crystal orientation have a significant effect on the strength, it is important to control the solidification microstructure in the fusion zone. A single crystal nickel base supera1loy, CMSX-4, plates were bead-on welded and butt welded using a $CO_2$ laser. The effects of microstructure and crystal orientation on properties of the weld joints were investigated. In bead-on weldling, welding directions were deviated from the base metal [100] direction by 0, 5, 15 and 30 degrees. The welds with deviation angles of 15 and 30 degrees showed fusion zone transverse cracks. As the deviation angles became larger, the fusion zone had more cracking. In the cross section microstructure, the fusion zone grains in 0 and 5 degrees welds grew epitaxially from the base metal spins except for the bead neck regions. The grains in the bead neck regions contained stray crystals. As deviation angles increased, number of the stray crystals increased. In butt welding, the declinations of the crystal orientation of the two base metals varied 0, 5 and 10 degrees. All beads had no cracks. In the 5 degrees bead, the cross section and surface microstructures showed that the fusion zone grains grew epitaxially from the base metal grains. However, the 10 degrees bead, the bead cross section and surface contained the stray crystals in the center of the welds. Orientations of the stray crystals accorded with the heat flow directions in the weld pool. When the welding direction was deviated from the base metal [100] direction, cracks appeared in the area including the stray crystals. The cracks developed along the grain boundaries of the stray crystals with high angles in the final solidification regions at the center of the welds. The fracture surfaces were covered with liquid film. The cracks, therefore, found to be solidification cracks due to the presence of low melting eutectic. As the results, in both bead-on welding and butt welding the deviation angles should be control within 5 degrees for preventing the fusion zone cracks. To investigate the mechanical properties of the weld joints, high temperature tensile tests for bead-on welds with deviation angles of 0 and 5 degrees and the butt welds with dec1ination angles of 0, 5 and 10 degrees were conducted at 1123K. The the tensile strength of all weld joints were more 1han 800MPa that is almost 80% of the tensile strength of the base metal. The strength of the laser weld joints were more than twice that of tue TIG weld joints with a filler metal of Inconel 625. The results reveals 1hat laser welding is more effective joining process for single crystal nickelbase superalloy turbine blades 1han TIG welding.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.8
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pp.751-758
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2017
The behavior of fatigue crack growth of nickel-based powder metallurgy superalloy that could be used in aircraft turbine disc is investigated at room temperature, and $650^{\circ}C$ considering real operating conditions. The direct current potential drop(DCPD) method was used to measure the crack length of material in real time according to ASTM E647. Tests were performed with various stress ratios (0.1 and 0.5). Experimental results show that stress ratio, and temperature all affect the behavior of fatigue crack growth. As the stress ratio and temperature increase, the fatigue crack growth rate of nickel-based powder metallurgy superalloy also increases. Results were compared and reviewed with fatigue crack growth rates of other nickel-based superalloy materials (Inconel-100) that were studied in previous papers. Fractography analysis of the fractured specimens was performed using as SEM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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