Precipitate hardening and aging in Ni-rich Ni-Re alloys
Final Report Abstract
Mittels Nanoindentierung und Druckversuchen wurde das Verformungsverhalten von nickelreichen Nickel-Rhenium und Nickel-Wolfram Legierungen als Funktion der Dehnrate und Temperatur untersucht. W und insbesondere Re spielen eine wichtige Rolle für die Härtung der Matrixkanäle in den technologisch relevanten Nickelbasis Superlegierungen, wobei die mechanischen Eigenschaften in den dünnen Matrixkanälen nur über Nanoindentierungen und das im Wesentlichen bei Raumtemperatur untersucht wurden. Bei der Kriechverformung von Nickelbasis-Superlegierungen bei hohen Temperaturen und niedrigen Spannungen sind diffusionsgetragene Kletterprozesse der ratenkontrollierende Verformungsmechanismus. Dieser Verformungsmechanismus ist eine wichtige Ursache dafür, dass Re überragende mischkristallhärtende Eigenschaften in den Matrixkanälen der Legierungen bewirkt. Das Verformungsverhalten von Nickelbasis-Superlegierungen ist aufgrund der komplexem γ/γ‘-Mikrostruktur und der Kohärenzspannungen und Grenzflächenversetzungen und geringen Matrixkanalbreite deutlich komplexer, jedoch zeigen die Untersuchungen einen Ansatz zum besseren Verständnis der Mischkristallhärtung bei Nickelbasis-Legierungen. Der athermische Anteil der Mischkristallhärtung wurde durch Nanoindentierungen an binären Diffusionspaaren untersucht. Die thermischen Prozesse wurden anhand von temperatur- und ratenabhängigen Druckversuchen an Einkristallen bestehend aus binären Ni-X Legierungen ermittelt. Dabei zeigt sich, dass bei RT Re, Ir, und Pt ähnliche Mischkristallhärtungskoeffizienten aufweisen, wohingegen W und insbesondere Ta zu einer deutlichen Festigkeitssteigerung führen. Der Verformungswiederstand kehrt sich aber bei erhöhten Temperaturen und niedrigen Dehnraten um: Bei einer Verformungsrate von 10-5 und bei einer Temperatur von 1200 °C zeichnet sich NiRe durch den höchsten Verformungswiederstand aus, wohingegen NiTa am weichsten ist. Mit den Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass bei Temperaturen <900 °C und Verformungsraten von 10^-4, die parelastische Wechselwirkung (Gitterverzerrungen in der Ni- Matrix), ursächlich für die Mischkristallhärtung der untersuchten Elemente ist. Bei höheren Temperaturen und niedrigeren Verformungsraten sind jedoch Diffusionsprozesse bestimmend für die Verformungsrate und NiRe zeigt den höchsten Verformungswiederstand.
Publications
- International workshop on advanced cobalt based superalloys, Determining the interdiffusion coefficients and mechanical properties of NiCo alloys by diffusion couples
H. Rehman, K. Durst, S. Neumeier, M. Göken
- 8th European solid mechanics conference Graz 2012,’Study of solid solution strengthening of Nickel by transition metal solutes using diffusion couples and nanoindentation’
H. Rehman, M. Göken, K. Durst
- Hysitron user meeting or Nanobrucken II: Nanomechanical testing workshop Saarbrucken 2012, ‘Study of hardening of Nickel by Ta, Re, W, Pt and Ir using diffusion couples and Nanoindentation' [2nd poster prize]
H. Rehman, M. Göken & K. Durst
- DPG Regensburg 2013, ’Study of solid solution strengthening of nickel by transition metal solutes using Diffusion couples and Nanoindentation’
H.Rehman, M. Göken, K. Durst
- EUROMAT Seville 2013, ’ Study of solid solution strengthening of nickel by transition metal solutes using Diffusion couples and Nanoindentation’
H. Rehman, M. Göken, K. Durst
- Eurosuperalloys 2014, ’Nanoindentation testing of the Gamma/Gamma Prime and TCP Phase in the interdendritic region and dendrite core of a Nickel based superalloy'
H. Rehman, K. Durst, G. Eggeler and M. Göken
- TMS Annual Meeting and Exhibition 2014, San Dieago CA, 'The effect of Rhenium in Co-base superalloys-A comparison with Ni base superalloys’
S. Neumeier, C. Zenk, H. Rehman, M. Göken
