Creep deformation of an additively manufactured nickel-based superalloy
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3028710Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
To versjoner av en nikkelbasert superlegering ble produsert med additiv tilvirkning og karakterisert etter sigetesting med SEM og atomprobetomografi. De to legeringene ble kalt CB og C da hovedforskjellen i mellom dem var at CB legeringen inneholdt bor og karbon, mens C legeringen inneholdt bare karbon. Disse legeringene ble studert for å se effekten av bor på korngrensesegregering og oppsprekking under siging. C legeringen ble undersøkt med et elektronmikroskop med sekundære elektroner, tilbakespredte elektroner og diffraksjon av tilbakespredte elektroner (EBSD). Denne legeringen hadde få sprekker som hadde propagert intergranulært. Dette kommer mest sannsynlig av at det manglet styrking av korngrensene. Det ble også funnet en del oksider inne i sprekkene som indikerer at sprekkene ble forsprøet under siging. Volumfraksjonen av γ′ ble beregnet for begge legeringene og det ble funnet at volumfraksjonen var omtrent de samme for legeringene. Dette tilsier at den store forskjellen i sigemotstand kommer av tilførselen av bor i den ene legeringen og ikke volumfraksjonen av γ′. Atomprobeprøver fra CB og C legeringen ble preparert med en fokusert ionestråleetser med mål om å inkludere en korngrense i prøvene. Bare en av prøvene fra CB legeringen virket å inneholde en mulig korngrense i rekonstruksjonen. Denne korngrensen var omringet av en opphoping av dislokasjoner hvor bade korngrense og dislokasjoner virker å ha segregering av bor. Det var også et karbid tilstede i rekonstruksjonen. Denne korngrensen var delt opp i to deler, en del som gikk langs karbidoverflaten og en del over karbidet. Konsentrasjonen av bor var lav på delen av korngrensen over karbidet. Dette var diskutert å kunne være på grunn av dislokasjonene da disse muligens kunne ha redusert den totale korngrensesegregeringen. Det kan også ha vært et resultat av bor som ble konsumert under formeringen av karbidet. Den siste muligheten er at denne delen består av dislokasjoner og ikke er en del av korngrensen. Det ble også funnet områder med høye konsenrasjoner av bor i flere rekonstruksjoner som var antatt å være bor som var segregert på dislokasjoner. Konsentrasjonen av bor var lav på korngrensen, noe som var diskutert å kunne være på grunn av dislokasjonene eller partikkelen i nærheten av korngrensen. Det er også diskutert at desegregering av korngrenser kan ha hendt under siging som kan ha gjort at korngrensene har mistet segregeringen av bor og derfor ikke er synlige i rekonstruksjonene. Dette kan også forklare hvorfor CB legeringen sprakk opp intergranulært da mindre segregering av bor gjorde at korngrensene ble svakere. Det er derfor anbefalt å bruke korrelativ TEM/APT i fremtidige studier for å skille korngrenser og andre fenomener med mindre usikkerheter. Two versions of a nickel-based superalloy produced by additive manufacturing were characterized after creep testing with SEM and atom probe tomography. The two alloys were named CB and C as the main difference was that the CB alloy had significant amounts of carbon and boron while the C alloy only had carbon. These alloys were studied to see the effects of boron on the grain boundary segregation and cracking during creep. The C alloy was investigated in the SEM with secondary electrons, backscattered electrons and EBSD. It contained a few cracks which had propagated intergranularly most likely as a result of the lack of grain boundary strengthening. It was also found a significant amount of oxides inside the cracks indicating that the grain boundaries had been embrittled during creep. The volume fraction of γ′ was calculated for both alloys resulting in around the same value, thus indicating that the wast differences in creep resistance are a result of boron and not the volume fraction of γ′. Atom probe samples from C and CB were prepared with a focused ion beam with the goal of including grain boundaries in the samples. Only one of the samples from the CB alloy seemed to contain a grain boundary in the reconstruction. This grain boundary was surrounded by dislocations in a dislocation pile-up, where both dislocations and grain boundary seem to be segregated with boron. There was also a carbide present in the reconstruction. There were two parts of the grain boundary. One part that went along the carbide surface and one above the surface. The boron concentration of the grain boundary part above the carbide surface was low. This was discussed to possibly be a result of for example the surrounding dislocations as the overall segregation on grain boundaries were lowered. It could also be a result of the carbide consuming boron during formation or coarsening. The last possibility is that this part is made up of dislocations from the pile-up and is not part of the grain boundary. It was also found boron enrichments in multiple reconstructions which were assumed to be boron segregated at dislocations. It is discussed that desegregation of grain boundaries might have occurred during creep which could have resulted in grain boundaries losing the boron segregation and therefore not be visible in the reconstructions. This could also explain why the CB alloy cracked intergranulary as less boron segregation caused weakening of the grain boundaries. The desegregated boron could then for example segregated at dislocations. It is therefore recommended to use correlative TEM/APT in further studies to distinguish grain boundaries and other phenomenons with less uncertainties.