Czasopismo | INŻYNIERIA MATERIAŁOWA | Rocznik 2020 - zeszyt 3

Fourth-generation single crystal nickel base superalloy for jet engine turbine blades application. 3D imaging and metrology of microstructure elements

Monokrystaliczny nadstop niklu IV generacji na łopatki turbiny silnika odrzutowego. Obrazowanie 3D i metrologia elementów mikrostruktury

10.15199/28.2020.3.1

nr katalogowy: 127112
10.15199/28.2020.3.1

Streszczenie

Fourth-generation single crystal nickel base superalloy (PWA 1497) used for turbine blades application were subjected to three-dimensional microstructural analysis. The FIB-SEM tomography was performed on the as received and creep deformed samples in order to visualize and quantify the microstructure elements of ? and ?’ phases. The results of 3D microstructural quantitative analysis were compared with the complementary results obtained by means of 2D TEM analysis. It was demonstrated that for modern single crystal nickel base superalloys, the measurements of the relative area fraction (AA ) of ?’ phase in 2D images are adequate for measurements of the volume fraction (VV ) of this phase (AA ? VV ). Microstructural changes of the investigated superalloy revealed in 3D space were found to be much more complex than images of this microstructure obtained by electron microscopy techniques in two-dimensional space (2D).

Abstract

Nadstop niklu IV generacji (PWA 1497) stosowany na łopatki turbin silników lotniczych został poddany trójwymiarowej analizie mikrostrukturalnej w stanie dostawy oraz po próbie wysokotemperaturowego pełzania symulującej długotrwałe warunki pracy nadstopu. Celem zobrazowania elementów mikrostruktury (faz ? i ?’) oraz ich metrologii wykonano trójwymiarowe obrazowanie techniką FIB-SEM z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego z działem jonowym. Wyniki ilościowej analizy mikrostruktury nadstopu uzyskane techniką tomografi i FIB-SEM porównano z wynikami pomiarów uzyskanych za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Wykazano, że w przypadku nowoczesnych monokrystalicznych nadstopów niklu pomiary powierzchni względnej (AA) fazy ?’ na obrazach 2D są adekwatne do pomiarów udziału objętościowego tej fazy (AA ? Vv ). Stwierdzono, że zmiany mikrostruktury badanego nadstopu ujawnione w przestrzeni trójwymiarowej (3D) są o wiele bardziej złożone niż obrazy tej mikrostruktury uzyskane za pomocą technik elektronomikroskopowych w przestrzeni dwuwymiarowej (2D).

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Czyrska-Filemonowicz A., Dubiel B., Ziętara M., Cetel A.: Development of single crystal Ni-based superalloys for advanced aircraft turbine blades. Inżynieria Materiałowa 3–4 (2007) 128–133.
[2] Caron P., Khan T.: Improvement of Creep strength in a nickel-base single- -crystal superalloy by heat treatment. Materials Science and Engineering 61 (1983) 173–184.
[3] Ziętara M., Cetel A., Czyrska-Filemonowicz A.: Microstructure stability of 4th generation single crystal superalloy, PWA 1497, during high temperature Creep deformation. Materials Transactions 52 (3) (2011) 336–339.
[4] Kruk A.: Tomografia elektronowa i jej zastosowanie w obrazowaniu i metrologii mikrostruktury materiałów. Wydawnictwa AGH, Kraków (2012).
[5] Kubis A.J., Shiflet G.J., Dunn D.N., Hull R.: Focused ion-beam tomography. Metalurgical and Materials Transactions A 35 (2004) 1935–1943.
[6] Uchic M.D., Groeber M.A., Dimiduka D.M., Simmons J.P.: 3D microstructural characterization of nickel superalloys via serial-sectioning using a dual beam FIB-SEM. Scripta Materialia 55 (2006) 23–28.
[7] Kruk A., Czyrska-Filemonowicz A.: Contribution of electron tomography to development of innovative materials for clean energy systems and aeronautics. Archives of Metallurgy and Materials 58 (2013) 387–392.
[8] Kruk A., Dubiel B., Czyrska-Filemonowicz A.: Examination of chemical elements partitioning between the ? and ?’ phases in CMSX-4 superalloy using EDS microanalysis and electron tomography. 2nd European Symposium on Superalloys and their Applications, 12–16 May 2014, Giens, France. Guédou J.Y., Choné J. (red.): MATEC Web of Conferences 14 (2014) 1–5.
[9] Schlossmacher P., Klenov D.O., Freitag B., von Harrach S., Steinbach A.: Nanoscale chemical compositional analysis with an Innovative S/TEM-EDX system. Microscopy and Analysis 24 (7) (2010) 5–8.
[10] Stadelmann P.: JEMS Java Electron Microscopy Software. http://cime.epfl.ch/ (2004).
[11] Ziętara M.: Microstructure stability of second and fourth generation single crystal nickel-base superalloys during high temperature creep deformation. Praca doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków (2011).
[12] Hassomeris O., Schumacher G., Krüger M., Heilmaier M., Banhart J.: Phase continuity in high temperature Mo-Si-B alloys. A FIB-tomography study, Intermetallics 19 (2011) 470–475.
[13] Epishin A., Link T., Brückner U., Portella P.D.: Kinetics of the topological inversion of the ?/?’ microstructure during creep of a nickel-based superalloy. Acta Mater. 49 (2001) 4017–4023.
[14] Hemmersmeier U., Feller-Kniepmeier M.: Element distribution in the macroand microstructure of nickel base superalloy CMSX-4. Materials Science and Engineering A 248 (1) (1998) 87–97.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


INŻYNIERIA MATERIAŁOWA- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2020-3 , nr katalogowy 127112 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


INŻYNIERIA MATERIAŁOWA- e-zeszyt (pdf) 2020-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	65.00 zł

Prenumerata

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

402.00 zł

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - papierowa prenumerata roczna	492.00 zł brutto 455.56 zł netto 36.44 zł VAT (stawka VAT 8%)
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - pakowanie i wysyłka	21.00 zł brutto 17.07 zł netto 3.93 zł VAT (stawka VAT 23%)

513.00 zł

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	600.00 zł brutto 555.56 zł netto 44.44 zł VAT (stawka VAT 8%)

600.00 zł

Zeszyt

2020-3

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma