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Stress-induced formation of TCP phases during high temperature low cycle fatigue loading of the single-crystal Ni-base superalloy ERBO/1

Meid, Carla und Eggeler, Mario und Watermeyer, Philipp und Kostka, Aleksander und Hammerschmidt, Thomas und Drautz, Ralf und Eggeler, Gunther und Bartsch, Marion (2019) Stress-induced formation of TCP phases during high temperature low cycle fatigue loading of the single-crystal Ni-base superalloy ERBO/1. Acta Materialia, 168, Seiten 343-352. Elsevier. doi: 10.1016/j.actamat.2019.02.022. ISSN 1359-6454.

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Kurzfassung

The microstructural evolution in the single crystal Ni-base superalloy ERBO/1 (CMSX 4 type) is investigated after load controlled low cycle fatigue (LCF) at 950 °C (load-ratio: 0.6, tensile stress range: 420 -740 MPa, test frequency: 0.25 Hz, fatigue rupture life: about 1000 - 3000 cycles). Bulk topologically close packed (TCP) phase particles precipitated and were analyzed by three-dimensional focus ion beam slice and view imaging and analytical transmission electron microscopy. The particles did not precipitate homogenously but at locations with enhanced levels of local stresses/strains, such as isolated g-channels subjected to cross channel stresses, shear bands and in front of micro cracks. The influence of stress/strain is furthermore apparent in the spatial arrangement and the shape of the TCP phase particles. Only µ-phase TCP particles were found by electron diffraction. Results of a structure-map analysis suggest that most of these TCP particles observed after LCF testing would not precipitate in thermodynamic equilibrium. In order to rationalize this effect, the atomic volume was analyzed that transition-metal (TM) elements take in unary fcc and in unary m-phase crystal structures and found that all TM elements except Zr and V take a larger volume in a unary m phase than in a unary fcc phase. This trend is in line with the observed localized precipitation of TCP phases that are rich in Ni and other late TM elements. The experimental and theoretical findings suggest consistently that formation of TCP particles in LCF tests is considerably influenced by the local tensile stress/strain states.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/128752/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Stress-induced formation of TCP phases during high temperature low cycle fatigue loading of the single-crystal Ni-base superalloy ERBO/1
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Meid, CarlaDLR WF (ENM)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eggeler, MarioDLR WF (ENM)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Watermeyer, PhilippWFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kostka, AleksanderRuhr-Universität BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hammerschmidt, ThomasRuhr-Universität BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Drautz, RalfRuhr-Universitätr BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eggeler, GuntherRuhr-Universität BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartsch, Marionmarion.bartsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3952-2928NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Februar 2019
Erschienen in:Acta Materialia
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:168
DOI:10.1016/j.actamat.2019.02.022
Seitenbereich:Seiten 343-352
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-6454
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Intermetallic phases, Low cycle fatigue, Ni-base superalloy single crystals, Structure maps, Three-dimensions imaging
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebssysteme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Engine Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk und Validierungsmethoden (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Experimentelle und numerische Methoden
Hinterlegt von: Bartsch, Dr.-Ing. Marion
Hinterlegt am:22 Okt 2019 14:44
Letzte Änderung:31 Okt 2023 15:07

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