Diffusion induced isothermal solidification during transient liquid phase bonding of cast IN718 superalloy

Abstract

In transient liquid phase (TLP) bonding for commercial applications, one of the important key parameters is the holding time required for complete isothermal solidification t_IS, which is a prerequisite for obtaining a proper bond microstructure. The objective of the study is to analyse the isothermal solidification kinetics during TLP bonding of cast IN718 nickel based superalloy. Experiments for TLP bonding were carried out using a Ni–7Cr–4·5Si–3Fe–3·2B (wt-%) amorphous interlayer at several bonding temperatures (1273–1373 K). The time required to obtain TLP joints free from centreline eutectic microconstituents was experimentally determined. Considering the solidification behaviour of residual liquid, t_IS could be predicted by a mathematical solution of the time dependent diffusion equation based on Fick’s second law.

Dans la brasure en phase liquide transitoire (TLP) pour applications commerciales, l’un des paramètres clés importants est le temps de maintien requis pour la solidification isotherme complète (t_IS), qui est une condition requise pour l’obtention d’une microstructure adéquate du lien. L’objectif de cette étude est d’analyser la cinétique de la solidification isotherme lors de la brasure TLP du superalliage coulé à base de nickel, IN718. On a effectué les expériences de brasage de TLP en utilisant une couche de liaison amorphe de Ni–7Cr–4·5Si–3Fe–3·2B (% en poids) à plusieurs températures de brasage (1273–1373 K). On a déterminé expérimentalement le temps requis pour l’obtention de joints TLP libres de micro constituants eutectiques à la ligne centrale. En considérant le comportement de solidification du liquide résiduel, on pouvait prédire t_IS au moyen d’une solution mathématique de l’équation de diffusion dépendante du temps basée sur la seconde loi de Fick.

Keywords:

• Transient liquid phase bonding
• Isothermal solidification
• Superalloy
• IN718

One of the authors (MP) gratefully acknowledges the support from Professor H. N. Han during his sabbatical leave in Department of Materials Science & Engineering, Seoul National University.