Failure mechanisms in thermomechanical fatigue of DS superalloy Rene 80

Abstract

Directionally solidified Rene 80 superalloy was tested in thermomechanical fatigue (TMF) over the temperature range 500–900°C and plastic strain range from 0·2 to 0·8% using a DSI Gleeble thermal simulator. Thermomechanical testing was carried out on the parent material in the conventional solution treated and aged condition, as well as gas tungsten arc welded with an IN-738 filler, followed by solution treatment and aging. Comparison of the base TMF unwelded alloy with that of the welded and heat treated alloy showed that varying crack initiation mechanisms, notably oxidation either by stress assisted grain boundary oxidation, or associated with grain boundary MC carbides fatigue crack propagation along grain boundaries and creep deformation were operating, leading to different weakest link failure initiation points.

On a évalué le superalliage orienté, René 80, par fatigue thermomécanique (TMF) dans la gamme de température de 500 à 900°C et dans une gamme de déformation plastique de 0·2 à 0·8% en utilisant un simulateur thermique Gleeble de DSI. On a effectué l’essai thermomécanique du matériau de base sous condition conventionnelle de mise en solution et vieillissement, ainsi que du matériau soudé au tig avec un métal d’apport IN–738, suivi par mise en solution et vieillissement. La comparaison de l’alliage de base TMF sans soudure à celui de l’alliage soudé et traité thermiquement a montré que des mécanismes variés d’initiation de fissure entraient en jeu. On note l’oxydation, soit oxydation du joint de grain, assistée par la contrainte, ou associée à la propagation de fissure par fatigue de carbures MC de joint de grain le long des joints de grain et déformation par fluage, conduisant à différents points d’initiation de défaillance du plus faible maillon.

Keywords:

• Ni base superalloys
• Weld repair
• Thermomechanical fatigue
• Gleeble simulation

Technician assistance from M. Boskwick, D. Mardis and J. van Dorp is gratefully acknowledged. N. L. Richards also acknowledges financial assistance for the research from a Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) SPG Project.

Notes

This paper is part of a special issue on Advances in High Temperature Joining of Materials