Investigation of secondary phases and tensile strength of nitrogen-containing Alloy 718 weldment

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REPORT


Investigation of secondary phases and tensile strength of nitrogen-containing Alloy 718 weldment Behrooz Nabavi 1), Massoud Goodarzi 1), and Abdul Khaliq Khan 2) 1) School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran 1684613114, Iran 2) Department of Mechanical Engineering, Manitoba Institute for Materials, University of Manitoba, Winnipeg R3T 2N2, Canada (Received: 2 October 2019; revised: 6 February 2020; accepted: 11 February 2020)

Abstract: The influence of nitrogen content on the precipitation of secondary phases and the tensile strength of Alloy 718 during gas tungsten arc welding was investigated. Various types of precipitates were characterized using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The results showed that in the fusion zone, the volume fraction of Nb-rich phases such as Laves, (Nb,Ti)C, and δ phases, as well as Ti-rich phases such as (Ti,Nb)CN and (Ti,Nb)N, increased with increase in the nitrogen content due to the microsegregation of Nb and Ti within  interdendritic  areas.  Nitrogen  was  also  found  to  decrease  the  size  of  γ′′  particles  within  γ  dendrites.  For  precipitates  in  the  partially melted zone, constitutional liquation was observed for both (Nb,Ti)C and (Ti,Nb)N particles. Based on the results of tensile tests, the weld containing 0.015wt% nitrogen exhibited the highest ultimate tensile strength (UTS), whereas more addition of nitrogen led to a decrease in both the UTS and yield strength due to the increased content of brittle Laves phases and decreased size of γ′′. Keywords: nitrogen; secondary phases; gas tungsten arc welding; tensile strength; Alloy 718

 

1. Introduction Alloy 718, a γ′′-strengthened superalloy, has a broad range of  applications  in  aero  engines  and  land-based  gas  turbine parts  owing  to  its  strong  resistance  to  strain-age  cracking upon  post-weld  heat  treatment  (PWHT)  [1].  In  this  nickelbased alloy, depending on its fabrication and historical heat treatment, two types of precipitates can be formed: 1) intermetallic  compounds  such  as  Laves  phases  (Ni,Fe,Cr)2 (Nb,Mo,Ti) [2–4], γ′′ (Ni3Nb/body-centered tetragonal structure)  [1,5–6],  and  δ  (Ni3Nb/orthorhombic  structure)  [6–8] and  2)  solid  solution  phases  such  as  Nb-rich  MC-type carbides [9], MN-type nitrides [10–11], and MCN-type carbonitrides [12–13], whose presence can affect the mechanical properties of the alloy. In this context, the destructive effects  of  Laves  phase,  delta  phase,  and  MC-type  carbide  on ductility  and  tensile  strength  [6,9]  have  been  reported. Moreover,  the  presence  of  secondary  phases  causes  some weldability issues such as the constitutional liquation of Nbrich carbide and Laves phase in wrought and cast materials, respectively,  which  may  even  result  in  heat-affected  zone (HAZ) liquation cracking [6]. On the other hand, the benefits of carbides  and  nitrides  on  prevention  of  grain  growth   pre   

vention  [11]  and  concomitant  increas