DSC investigation of size-dependent γ′ dissolution and re-precipitation kinetics in Ni-based superalloy IN738LC

ABSTRACT

The novelty of the work is related to confirming using DSC of previous study by the authors, the determining dependency of the gamma prime dissolution in a Ni-based superalloy on precipitate size. In the present work, the effect of γ′ precipitate size, volume fraction and distribution on γ′ precipitate dissolution and re-precipitation behaviour in polycrystalline IN738LC alloy were investigated. The alloy was subjected to different heat treatments including standard ageing and cooling from 1200°C (10 min soaking) at rates of 3000°C/min and 2.5°C/min. The DSC results of these samples were used to calculate the activation energies and kinetics for the dissolution and re-precipitation of the γ′ precipitates. The activation energies for γ′ precipitation and dissolution under different conditions were determined from the Kissinger equation. The small, monomodal precipitate size distribution sample (3000°C/min) exhibited lower activation energy during dissolution than one with a larger, monomodal (2.5°C/min) and bimodal precipitate size (standard aged) distribution samples. Therefore, it is concluded that precipitate size has a direct influence on eventual precipitate kinetics, both in terms of dissolution and re-precipitation under service conditions.

La nouveauté du travail est reliée à la confirmation à l’aide de la DSC d’une étude précédente par les auteurs, de la dépendance déterminante de la dissolution de gamma prime dans un superalliage à base de Ni sur la taille du précipité. Dans le présent travail, on a étudié l’effet de la taille du précipité γ’, de la fraction volumique et de la distribution sur la dissolution du précipité γ’ et le comportement de reprécipitation dans l’alliage polycristallin IN738LC. On a soumis l’alliage à différents traitements thermiques incluant un vieillissement standard et un refroidissement à partir de 1200°C (10 min de maintien à la température) à des taux de 3000°C/min et 2.5°C/min. On a utilisé les résultats DSC de ces échantillons pour calculer les énergies d’activation et la cinétique pour la dissolution et la reprécipitation des précipités γ’. On a déterminé les énergies d’activation pour la précipitation et la dissolution de γ’ sous différentes conditions à partir de l’équation de Kissinger. Le petit échantillon de distribution de taille de précipité monomodale (3000°C/min) exhibait une énergie d’activation pendant la dissolution inférieure à celle d’échantillons ayant une distribution de taille de précipité monomodale (2.5°C/min) et bimodale (vieillissement standard) plus grande. Par conséquent, on conclut que la taille des précipités a une influence directe sur la cinétique éventuelle des précipités, à la fois en termes de dissolution et de reprécipitation dans les conditions de service.

KEYWORDS:

• Precipitate size
• activation energy
• differential scanning calorimetry
• microstructures

Acknowledgements

The authors would like to thank Manitoba Institute for Materials (MIM) for SEM support.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

MHT acknowledges financial support by University of Manitoba and Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada in the form of graduate fellowship and stipend.