Analyse und Modellierung der Multi- Ausscheidungskinetik der neuen Nickelbasis-Superlegierung Haynes 282

Abstract

Die Multi-Ausscheidungskinetik der neuen Nickelbasis - Superlegierung Haynes 282 wurde mittels Lichtmikroskopischen und Rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen und anschließenden Simulationen mit MatCalc analysiert. Über Korngrößenanalysen und EDX - Analysen der entstandenen Ausscheidungen wurde der Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen und unterschiedlicher Umformgrade des Materials eingehend untersucht. Das untersuchte Material mit Umformgraden von =0,1;0,7 & 1 nach dem Schmieden wurde verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen, um Veränderungen der Mikrostruktur und deren Zusammenhang mit den mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Bruchdehnung, des Werkstoffes zu evaluieren. Die Proben wurden bei 1107°C und 1115°C Lösungsgeglüht und mit verschiedenen Abkühlraten (air cooling vs. water quenching) auf Raumtemperatur abgekühlt. Darauf folgte ein Intermediate Ageing bei 996°C bzw. 1010°C für verschiedene Zeiten und entweder ein Final Ageing bei 788°C für acht Stunden oder ein zweistufiges Final Ageing bei 760°C für fünf Stunden, ein zweistündiges Abkühlen auf 650°C im Ofen und eine weitere Stunde auf dieser Temperatur. Für das Kornwachstum schien hauptsächlich das Lösungsglühen verantwortlich zu sein. Ein Lösungsglühen bei y` - super-solvus - Temperaturen hatte ein Kornwachstum von bis zu 360% bezogen auf den Mittelwert und vollkommen rekristallisiertes Gefüge zur Folge. Es konnte eine Temperaturgrenze für das Kornwachstum zwischen 1010°C und 1107°C festgestellt werden. Es konnte eine starke Abhängigkeit der Ausscheidungskinetik von der Abkühlrate nach dem Schmieden/Lösungsglühen festgestellt werden. Hohe Intermediate Ageing Temperaturen erzeugten grobe y` - Teilchen, die hohe Bruchdehnungen zur Folge haben sollten. Mit steigenden Haltezeiten (30,60,120 und 180min) und höheren Umformgraden konnte ein deutlicher Anstieg an sekundären Karbiden, die sich semi-kontinuierlich bis kontinuierlich an den Korngrenzen abschieden vermerkt werden. Reduzierte Bruchdehnung nach Zugversuchen bei gleichen Wärmebehandlungen wurde auf zeilige, grobe Karbide im Gefüge und womöglich auf ein ausgeprägteres Duplexgefüge zurückgeführt. Simulationen der Ausscheidungskinetik ausgewählter Wärmebehandlungsrouten standen weitestgehend im Einklang mit den Experimenten. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen und den Simulationen mit MatCalc wurden einige Proben, die besonders niedrige oder hohe Bruchdehnungen aufweisen sollten aus der Probenreihe herausgesucht.

The multi - precipitation kinetics of the new Ni-base - superalloy Haynes 282 was investigated using light microscopiy and SEM analysis, followed by simulations with MatCalc. The influence of different heat treatments and deformations on the micristructure was thoroughly investigated by means of grain size analysis and SEM/EDX - analysis of the formed precipitates. The investigated material with initial deformations of =0,1;0,7 & 1 was subjected to different heat treatments to evaluate the microstructural changes and their correlation with mechanical properties, in particular the elongation at fracture. The samples were solution annealed at 1107°C or 1115°C and cooled down to room temperature at different cooling rates (water quench vs. air cooling). This was followed by intermediate ageing at 996°C or 1010°C. And final ageing at 788°C for 8 hours or a two-step final ageing at 760°C for five hours, two hours furnace cooling to 650°C and air cooling to room temperature after one hour at this temperature was applied. Solution annealing above y- - solvus - temperatures resulted in grain growth up to 360% based on the mean grainsize and fully recrystallized microstructures. There seemed to be a temperature boundary for grain growth between 1010°C and 1107°C. A strong influence of the cooling rate after forging/solution annealing on the precipitation kinetics could be observed. High intermediate temperatures produced coarse y- precipitates, which should result in high elongation values. With increasing ageing times (30, 60, 120 & 180min) and higher deformation degrees higher amounts of secondary carbides could be detected distributed semi-continuously to continuously along the grain boundaries. Reduced elongation after tensile testing with same heat treatment was attributed to the band formation of coarse precipitates and possibly to the existence of duplex microstructures. Simulations of the precipitation kinetics of selected heat treatments were mostly in agreement with the experimental data. Based on the experimental results and the simulations conditions that should lead to large/small elongation at fractures were selected.