Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4169
Main Title: Charakterisierung der hierarchischen Mikrostruktur einer Ni-Al-Ti Modell-Legierung
Translated Title: Characterization of the hierarchical microstructure of a Ni-Al-Ti model alloy
Author(s): Vogel, Florian
Advisor(s): Wanderka, Nelia
Referee(s): Banhart, John
Glatzel, Uwe
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Phasenseparation von γ´-Ausscheidungen bestimmt die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Nickel-Basis Superlegierungen. Während des Alterns entstehen sphärische γ-Partikel innerhalb der geordneten (L12) γ´-Ausscheidungen, die γ-Partikel vollziehen eine morphologische transformation zu Plättchen, wachsen weiter und teilen schließlich die γ´-Ausscheidungen. Um einerseits die Identität der bislang nicht eindeutig identifizierten γ-Partikel und andererseits deren Einfluss auf die Veränderung der Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften zu verstehen, wurden verschieden wärmebehandelte Proben einer Ni-Al-Ti Modell-Legierung vom Mikrometer- bis in den atomaren Bereich untersucht. Das einkristalline Ausgangsmaterial wurde mittels Licht- und Rasterelektronen-mikroskopie, Röntgenbeugung (Laue-Verfahren), dynamischer Differenzkalorimetrie sowie Elektronenstrahlmikroanalyse umfassend charakterisiert. Es wurden dendritische Seigerungen vorgefunden, wobei die Dendritenkerne eine erhöhte Konzentration an Nickel und Aluminium aufweisen als die interdendritischen Bereiche, die wiederum mit Titan angereichert sind. Auf Basis von quantitativen Analysen nach verschiedenen Homogenisierungsbehandlungen wurde eine geeignete Kombintation von Temperatur und Zeit ermittelt, um die Proben ausreichend zu homogenisieren. Die Entwicklung der hierarchischen Mikrostruktur wurde sowohl mit nm-Auflösung mittels Transmissionselektronenmikroskopie als auch mit atomarer Auflösung mittels tomographischer Atomsonde untersucht. Die kombinierten Untersuchungen zeigen, dass sich im frühen Stadium der Phasenseparation Ni-reiche Cluster in den γ´-Ausscheidungen ausbilden, die durch Koaleszenz zu sphärischen γ-Partikeln wachsen, die anschließend einer morphologischen Veränderung zu plättchenförmig unterliegen, begleitet von einer chemsichen Evolution der γ-Partikel. Zu Beginn sind die sphärischen γ-Partikel im metastabilen γ + γ´-Zweiphasengebiet einzuordnen, erreichen jedoch nach der morphologischen Transformation die Gleichgewichtszusammensetzung der γ-Phase. Ausserdem wurde eine Betrachtung der Energien durchgeführt um die Triebkräfte für die Phasenseparation der γ´-Ausscheidungen zu beschreiben. Hiernach wurde eine Korrelation zwischen den γ-Partikeln und den mechanischen Eigenschaften der Ni-Al-Ti Legierung hergestellt. Zuletzt wurde die Phasenseparation in verschiedene Stadien eingeteilt und zur Beschreibung ein schematisches Modell entwickelt.
Phase separation of γ´ precipitates determines the microstructure and mechanical properties of nickel-based superalloys. Upon ageing, γ spheres form inside ordered (L12) γ´ precipitates, undergo a morphological change to plates and finally split the γ´ precipitates. To clarify the identity of the insufficently characterized γ particles and to elucidate their influence on the evolution of the microstructure and the mechanical properties, differently heat treated samples of a Ni-Al-Ti modell alloy were investigated from the micrometer to the atomic scale. The single crystalline cast material was broadly characterized by means of light and scanning electron microscopy, the laue method (back-reflection), differential scanning clorimetry as well as electron probe microanalysis. Dendritic segregations were found, whereas the dendrite cores show an enrichment in nickel and aluminum and in turn the interdendritic regions show an enrichment in titanium. An adequate combination of temperature and time was determined on the basis of quantitative analyses after different homogenization treatments. The evolution of the hierarchical microstructure was investigated on the nanometer scale by means of transmission electron microscopy and on the atomic scale with atom probe tomography. The combined analyses reveal that Ni-rich clusters form within the γ´ precipitates during the early stages of phase separation. These Ni-rich clusters coalesce and thereby form γ spheres which undergo a morphological change to plates accompanied by a chemical evolution. In the beginning the γ spheres are located well within the metastable γ + γ´ two-phase region and later, after the morphological change, achieve the equilibrium composition of the γ phase. Furthermore the involved energies were considered in order to elucidate the driving forces for the phase separation of γ´ precipitates. A correlation between the γ particles and the mechanical properties of the Ni-Al-Ti alloy was established. Finally the different stages of the phase separation were identified and a schematic model was proposed.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-56153
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4466
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4169
Exam Date: 28-Feb-2014
Issue Date: 28-Aug-2014
Date Available: 28-Aug-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Superlegierung
Atomsondentomographie
Transmissionselektronenmikroskopie
Phasenseparation
Superalloy
atom probe tomography
transmission electron microscopy
phase separation
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