Surface modification and its influence on the microstructure and creep resistance of nickel based superalloy René 77

Superalloy René 77 is very wide used for turbine blades, turbine disks of aircraft engines which work up to 1050°C. These elements are generally produced by the investment casting method. Turbine blades produced by conventional precision casting methods have coarse and inhomogeneous grain structure. Such a material often does not fulfil basic requirements, which concern mechanical properties for the stuff used in aeronautical engineering. The incorporation of controlled grain size improved mechanical properties. This control of grain size in the casting operation was accomplished by the control of processing parameters such as casting temperature, mould preheating temperature, and the use of grain nucleates in the face of the mould. For nickel and cobalt based superalloys, it was found that cobalt aluminate (CoAl2O4) has the best nucleating effect. The objective of this work was to determine the influence of the inoculant’s content (cobalt aluminate) in the surface layer of the ceramic mould on the microstructure and mechanical properties at high temperature of nickel based superalloy René 77. For this purpose, the ceramic moulds were made with different concentration of cobalt aluminate in the primary slurry was from 0 to 10% mass. in zirconium flour. Stepped and cylindrical samples were casted for microstructure and mechanical examinations. The average grain size of the matrix ( phase), was determined on the stepped samples. The influence of surface modification on the grain size of up to section thickness was considered. The microstructure investigations with the use of light microscopy and scanning electron microscopy (SEM) enable to examine the influence of the surface modification on the morphology of ’ phase and carbides precipitations. Verification of the influence of CoAl2O4 on the mechanical properties of castings were investigated on the basis of results obtained form creep tests.

Odlewy wykonane z nadstopu Rene 77 przeznaczone są na elementy części gorącej silników lotniczych (łopatki, tarcze wirnika turbiny). Odlewy tych elementów wytwarzane są najczęściej metodą wytapianych modeli. Łopatki turbin wytwarzane metodami konwencjonalnego odlewania precyzyjnego charakteryzują się gruboziarnistą i niejednorodną mikrostrukturą. Często więc materiał odlewu nie spełnia podstawowych wymagań dotyczących właściwosśi mechanicznych materiałów stosowanych w technice lotniczej. Poprawe jakości łopatek nadstopów niklu uzyskano poprzez kształtowanie rozmiarów ziarna podczas odlewania. Kontrole rozmiaru ziarn osiągnięto w wyniku zastosowania odpowiedniej temperatury zalewania, temperatury formy oraz modyfikacji składu chemicznego warstwy wierzchniej formy ceramicznej. Dla nadstopów na osnowie niklu najlepsze efekty rozdrobnienia ziarna uzyskano stosując glinian kobaltu (CoAl2O4). Celem pracy było okreslenie wpływu zawartoąci modyfikatora (glinianu kobaltu) w warstwie wierzchniej formy ceramicznej na mikrostrukturę i właściwości wytrzymałościowe w podwyższonej temperaturze odlewów wykonanych z nadstopu niklu Rene 77. W tym celu wykonano formy ceramiczne różniące się zawartością glinianu kobaltu w warstwie wierzchniej formy ceramicznej, która wynosiła 0, 5 i 10%mas. Odlano próbki schodkowe do oceny oddziaływania modyfikatora na mikrostrukture oraz stożkowe do badan wytrzymałościowych. Wyznaczono średnie pole powierzchni płaskiego przekroju ziarna (faza ) na przekrojach poszczególnych schodków. Uwzględniono również wpływ oddziaływania modyfikatora na rozmiar ziarn w zależności od grubości odlewu (wysokosc schodka). Badania mikrostruktury przy użyciu mikroskopu swietlnego i elektronowego skaningowego (SEM) umozliwiły okreslenie wpływu modyfikacji powierzchniowej na morfologie fazy ' i węglików. Ocenę wpływu modyfikacji powierzchniowej na właściwości wytrzymałościowe w warstwie wierzchniej odlewu w podwyższonej temperaturze wyznaczono w próbie przyspieszonego pełzania.