Publication: Investigation of hot corrosion behavior of superalloys
Abstract
Süper alaşımlar, yüksek sıcaklık dayanımı gerektiren ortamlarda uzun yıllardırkullanılmaktadır. Özellikle yüzeylerinde oluşturdukları koruyucu oksit tabakaları, bualaşımların oksidasyon ve sıcak korozyon direnci gerektiren uygulamalarda kullanılmasınıvurgulamaktadır. IN 939 ve diğer birçok süper alaşım, geleneksel yöntemler, yani dökümyöntemi kullanılarak halihazırda üretilebilir. Katmanlı imalat yöntemlerinin yaygınlaştığı sonyıllarda bu yöntem süper alaşım endüstrisinin de dikkatini çekmiştir. Bu nedenle katmanlıimalat yöntemi ile üretilen süper alaşımların özelliklerini ortaya çıkarmak yeni bir araştırmaalanı olarak karşımıza çıkmaktadır.Bu çalışma, süper alaşımların oksidasyon ve sıcak korozyon davranışına odaklanmaktadır.Oksidasyon deneyleri, ısıl işlem ve üretim yönteminin oksidasyon davranışı üzerindekirolünü ortaya çıkarmak için, ısıl işlem görmüş ve görmemiş, döküm ve seçici lazerle eritilmişIN 939 numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Örnekler sırasıyla 239, 169 ve 100 saatsüreyle 800, 900 ve 1000°C'ye maruz bırakılmıştır. Oksidasyon kinetiğini ortayaçıkarabilmek için her numune için ağırlık değişimi kaydedildi. Sonuçlar, ısıl işlem görmedenseçici lazerle eritilmiş numunenin IN 939 döküm olarak ısıl işlem görmüşlekarşılaştırıldığında çok benzer ağırlık kazancı özelliklerine sahip olduğunu gösterirken ısılişlem görmüş SLM IN 939 biraz daha iyi ağırlık kazanma davranışı gösterdi. Tüm örneklerbir parabolik hız yasasına uydu. 800 ve 900°C'de dökülme meydana gelmezken, 1000°C'detüm örneklerde dökülme görüldü. Oksidasyon ürünlerini ortaya çıkarmak için oksidasyonsonrası IN 939 numunelerinde XRD ölçümü yapılmıştır. Sonuçlar, tüm IN 939 numunelerininoksit pullarının esas olarak rutil formda Cr2O3 ve TiO2'den oluştuğunu göstermiştir.Bu çalışmada SLM IN 939'un sıcak korozyon davranışı incelenmiş ve sonuçlar gelenekseldöküm yöntemiyle üretilen numunelerle karşılaştırılmıştır. Eklemeli imalat ile üretilen IN939 numunesinin sıcak korozyon davranışının dökümle üretilen numunelerle büyük ölçüdebenzerlik gösterdiği açığa çıkartılmıştır.
Superalloys have been used in environments requiring high temperature resistance for manyyears. In particular, the protective oxide layers they form on their surfaces emphasize the useof these alloys in applications requiring oxidation and hot corrosion resistance. IN 939 andmany other superalloys can already be produced using conventional methods namely thecasting method. In recent years, when additive manufacturing methods have becomewidespread, this method has also attracted the attention of the super alloy industry. Therefore,revealing the properties of super alloys produced by additive manufacturing method appearsas a new research area.This work focuses on the oxidation and hot corrosion behavior of superalloys mainly IN 939.Oxidation experiments were conducted on heat treated and non-heat treated as cast andselective laser melted IN 939 samples to reveal the role of heat treatment and manufacturingmethod on oxidation behavior. Samples were exposed to 800, 900 and 1000°C for 239, 169and 100 hours, respectively. Weight change for each sample were recorded to be able toreveal the oxidation kinetics. Results suggests that selective laser melted sample without heattreatment has very similar weight gain characteristics compared to heat treated as cast IN 939whereas heat treated SLM IN 939 showed even slightly better weight gain behavior. Allsamples obeyed a parabolic rate law. Spallation did not occur for 800 and 900°C whereas at1000°C all samples experienced spallation. XRD measurement were done on IN 939 samplesafter oxidation to reveal the oxidation products. Results showed that oxide scales of all IN939 samples were mainly consisting of Cr2O3 and TiO2 in the rutile form.Hot corrosion behavior of IN 939 were investigated as well in this work and the results showthat selective laser melted IN 939 with heat treatment did show very similar results comparedto conventionally casted samples.
Superalloys have been used in environments requiring high temperature resistance for manyyears. In particular, the protective oxide layers they form on their surfaces emphasize the useof these alloys in applications requiring oxidation and hot corrosion resistance. IN 939 andmany other superalloys can already be produced using conventional methods namely thecasting method. In recent years, when additive manufacturing methods have becomewidespread, this method has also attracted the attention of the super alloy industry. Therefore,revealing the properties of super alloys produced by additive manufacturing method appearsas a new research area.This work focuses on the oxidation and hot corrosion behavior of superalloys mainly IN 939.Oxidation experiments were conducted on heat treated and non-heat treated as cast andselective laser melted IN 939 samples to reveal the role of heat treatment and manufacturingmethod on oxidation behavior. Samples were exposed to 800, 900 and 1000°C for 239, 169and 100 hours, respectively. Weight change for each sample were recorded to be able toreveal the oxidation kinetics. Results suggests that selective laser melted sample without heattreatment has very similar weight gain characteristics compared to heat treated as cast IN 939whereas heat treated SLM IN 939 showed even slightly better weight gain behavior. Allsamples obeyed a parabolic rate law. Spallation did not occur for 800 and 900°C whereas at1000°C all samples experienced spallation. XRD measurement were done on IN 939 samplesafter oxidation to reveal the oxidation products. Results showed that oxide scales of all IN939 samples were mainly consisting of Cr2O3 and TiO2 in the rutile form.Hot corrosion behavior of IN 939 were investigated as well in this work and the results showthat selective laser melted IN 939 with heat treatment did show very similar results comparedto conventionally casted samples.