A quantitative metallographic assessment of the evolution of porosity during processing and creep in single crystal Ni-base super alloys

Abstract

The present work reviews previous research on the evolution of porosity. It presents new results from a detailed study on the evolution of porosity during casting, heat treatment and creep of a single crystal Ni-base superalloy subjected to uniaxial tensile creep at 1050 °C and 160 MPa in [001] and [110] directions. A quantitative metallographic study was performed on carefully polished metallographic cross sections, monitoring sampling fields of 4500 × 1000 µm2 using the back scatter contrast of an analytical scanning electron microscope; evolutions of pore sizes and pore form factors were analyzed and all important details which were previously revealed in a synchrotron study could be reproduced. In addition, it was observed that micro cracks form at larger cast pores. They interlink and thus initiate final rupture. The [110] tensile creep tests showed lower rupture strains than the [001] experiments. In agreement with earlier work, this can be rationalized on the basis of aligned porosity along primary dendrites. In der vorliegenden Arbeit wird die Bildung und das Wachstum von Poren beim Erstarren, bei der Wärmebehandlung und beim Kriechen einkristalliner Ni-Basis Superlegierungen untersucht. Dabei werden Zugkriechproben verglichen, die bei 1050 °C und 160 MPa in der [001]- und [110] Richtung bis zu wohl definierten Dehnungen vorverformt wurden. Die quantitativen metallographischen Untersuchungen wurden an sorgfältig polierten metallographischen Querschliffen durchgeführt, wobei Messfelder von 4500 × 1000 µm2 im Rasterelektronenmikroskop im Rückstreumodus untersucht wurden. Die Entwicklung der Porenpopulationen wurden analysiert, wobei alle wichtigen Ergebnisse reproduziert werden konnten, die in einer früheren Synchrotronstudie berichtet wurden. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass sich Mikrorisse an größeren Poren (vermutlich Gussporen) bilden. Die Mikrorisse verbinden sich, wachsen zu einem größeren Riss zusammen und leiten so den Kriechbruch ein. Kriech-Experimente in der [110] Richtung zeigen im Vergleich zu [001] Experimenten kleinere Bruchdehnungen. Dies kann (in Übereinstimmung mit vorherigen Arbeiten) damit begründet werden, dass sich Poren beim Erstarren entlang der Primärdendriten anordnen.