Characterization of the microstructure evolution of the precipitation strengthened nickel-base superalloy Inconel718

Abstract

The primary purpose of this work is to investigate the precipitation kinetics and recrystallization behavior of thermomechanically treated IN-718 samples as function of radial temperature gradients of provided discs. Additionally, the grain growth behavior and the δ-phase evolution in the as-received and thermomechanically treated material is studied. Information about the grain size and grain size distribution, as well as the amount and distribution of δ-phase of the disk of as-cast and homogenized material (denoted primary material in the following), is collected. Based on that data an appropriate experimental matrix for a reliable assessment of the role of microstructural heterogeneities is constructed. The effects of dynamic and meta-dynamic recrystallization on the microstructure are investigated using double cone (DC) samples. The precipitation kinetics of the δ-phase and its influence on the grain growth of the primary material is investigated by several long-term and short-term annealing treatments in an inert atmosphere. The tests cover temperatures below and above δ-phase solvus temperature at aging times from minutes to hours. Additionally, the influence of δ-phase on the recrystallization behavior of the thermomechanically treated samples is studied. The investigations of the samples are done via light-microscopy, SEM, and EBSD alongside the usage of open source programs for the quantitative evaluation of the grain size distribution, the mean grain size, and the δ-phase amount.

Die Hauptaufgabe dieser Arbeit ist die Untersuchung der Ausscheidungskinetik und des Rekristallisationsverhaltens von thermo-mechanisch behandelten IN-718 Proben als eine Funktion von radialen Temperaturgradienten der zur Verfügung gestellten Probenscheiben. Informationen über die Korngröße und Korngrößenverteilung sowie über die Verteilung der δ-Phase der Scheibe des homogenisierten Vormaterials wurde gesammelt. Eine passende Versuchs-Matrix wurde auf Basis dieser Information erstellt, um eine verlässliche Beurteilung des Einflusses von mikrostrukturellen Inhomogenitäten zu erhalten. Die Auswirkung der dynamischen und meta-dynamischen Rekristallisation auf die Mikrostruktur wurde anhand von Double-Cone (DC) Proben untersucht. Die Ausscheidungskinetik der δ-Phase and ihr Einfluss auf den Kornwachstum des Vormaterials wurde anhand von Langzeit- und Kurzeit-Glühversuchen in Schutzgasatmosphäre untersucht. Die Versuche decken Temperaturen unter und über der Solvus-Temperatur der δ-Phase mit Haltezeiten, die von Minuten bis Stunden reichten, ab. Zusätzlich wurde der Einfluss der δ-Phase auf das Rekristallisationsverhalten der thermo-mechanisch behandelten Proben untersucht. Die Untersuchung der Proben wurde mit Lichtmikroskopie, SEM und EBSD sowie mit Hilfe von quellenoffenen Softwaren zur Quantifizierung der Entwicklung der Korngrößenverteilung, der mittleren Korngröße sowie des Anteils der δ-Phase durchgeführt.