Characterization of the Creep Behavior of a Nickelbase Superalloy under Non-Isothermal Conditions and Modification of the Creep Life by Means of High Current Density Impulses

• Applicants: Dr. Gregory Gerstein; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials ; Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2020 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 449967666

• Final Report Year: 2024

Final Report Abstract

Das Ziel des Projektes war es, die unter nicht-isothermen Kriechbedingungen erwarteten schneller ablaufenden Schädigungsmechanismen zu untersuchen und zu beschreiben. Dazu wurden isotherme und nicht-isotherme Versuche mit und ohne mechanische Belastung durchgeführt. Im zweiten Projektteil wurde untersucht, ob durch eine Stromimpulsbehandlung Änderungen der Elementverteilung in einer bereits kriechverformten Nickelbasislegierung erreicht werden können. Die Mikrostruktur wurde in verschiedenen Stadien der Floßbildung mittels REM untersucht und anschließend ausgewertet. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Vergröberung der γ´-Phase unter nicht-isothermen Bedingungen schneller abläuft. Dies wurde auch bei der Berechnung der Connectivity Number NA und anderen Parametern deutlich. In den ermittelten Funktionsflächen ist der anfangs schnellere Abfall von NA deutlich zu erkennen. Vor und nach einer Stromimpulsbehandlung wurden Proben mittels EDX-Linescans an denselben Positionen vermessen, um Änderungen in der Elementverteilung nachweisen zu können. Dabei wurden zwar Unterschiede in den Elementkonzentrationen festgestellt, die jedoch nicht genau gegenläufig zur anfänglichen Elementumverteilung durch die Floßbildung waren. Außerdem wurde festgestellt, dass die gemessenen Änderungen bei Proben, die mit einer höheren Stromdichte behandelt wurden, stärker ausgeprägt waren, als bei niedrigeren Stromdichten. Die Anzahl der Impulse zeigte dagegen keinen eindeutigen Einfluss. Die ursprünglichen Arbeitshypothesen konnte damit zwar bestätigt werden, für eine technische Nutzung der Stromimpulsbehandlung zur Ausheilung von unerwünschten mikrostrukturellen Veränderungen durch die Kriechbeanspruchung sind jedoch noch weitergehende Untersuchungen notwendig.

Publications

• Creep of Directionally Solidified Eutectics Ni/Ni3 Al–NbC under Thermal Cycling. Inorganic Materials: Applied Research, 13(4), 1099-1108.
  Svetlov, I. L.; Epishin, A. I.; Petrushin, N. V.; Gerstein, G.; Nolze, G. & Maier, H. J.
  
• Accelerated coarsening behavior of the γ´-phase in CMSX-4 during non-isothermal heat treatment. Materials Today Communications, 36, 106703.
  Reschka, Silvia; Gerstein, Gregory; Dalinger, Andrej; Zaibet, Mohamed Fedi; Herbst, Sebastian & Maier, Hans Jürgen
  
• Influence of High Current Impulses on Element Distribution in Creep-Deformed Single-Crystal Ni-Based Superalloys. Journal of Materials Engineering and Performance, 33(22), 12593-12603.
  Reschka, Silvia; Gerstein, Gregory; Herbst, Sebastian; Epishin, Alexander & Maier, Hans Jürgen