Skip to main content
Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 1/2018

13.11.2017

Oxidation-Assisted Crack Growth in Single-Crystal Superalloys during Fatigue with Compressive Holds

verfasst von: M. A. Lafata, L. H. Rettberg, M. Y. He, T. M. Pollock

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 1/2018

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The mechanism of oxidation-assisted growth of surface cracks during fatigue with compressive holds has been studied experimentally and via a model that describes the role of oxide and substrate properties. The creep-based finite element model has been employed to examine the role of material parameters in the damage evolution in a Ni-base single-crystal superalloy René N5. Low-cycle fatigue experiments with compressive holds were conducted at 1255 K and 1366 K (982 °C and 1093 °C). Interrupted and failed specimens were characterized for crack depth and spacing, oxide thickness, and microstructural evolution. Comparison of experimental to modeled hysteresis loops indicates that transient creep drives the macroscopic stress–strain response. Crack penetration rates are strongly influenced by growth stresses in the oxide, structural evolution in the substrate, and the development of \(\gamma ^{\prime }\) denuded zones. Implications for design of alloys resistant to this mode of degradation are discussed.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Y. Le Bihan, P.-Y. Joubert, and D. Placko: NDT E Int., 2001, vol. 34, pp. 363–368.CrossRef Y. Le Bihan, P.-Y. Joubert, and D. Placko: NDT E Int., 2001, vol. 34, pp. 363–368.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat A. Evans, M. He, A. Suzuki, M. Gigliotti, B. Hazel, and T. Pollock: Acta Mater., 2009, vol. 57, pp. 2969–2983.CrossRef A. Evans, M. He, A. Suzuki, M. Gigliotti, B. Hazel, and T. Pollock: Acta Mater., 2009, vol. 57, pp. 2969–2983.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat T. Strangman: in Superalloys 1992, S.D. Antolovich, R.W. Stusrud, R.A. MacKay, D.L. Anton, T. Khan, R.D. Kissinger, and D.L. Klarstrom, eds.,TMS, Warrendale, PA, 1992, pp. 795–804. T. Strangman: in Superalloys 1992, S.D. Antolovich, R.W. Stusrud, R.A. MacKay, D.L. Anton, T. Khan, R.D. Kissinger, and D.L. Klarstrom, eds.,TMS, Warrendale, PA, 1992, pp. 795–804.
4.
Zurück zum Zitat J.W. Holmes and F.A. McClintock: Metall. Trans. A, 1990, vol. 21, pp. 1209–1222.CrossRef J.W. Holmes and F.A. McClintock: Metall. Trans. A, 1990, vol. 21, pp. 1209–1222.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat A. Suzuki, M. Gigliotti, B. Hazel, D. Konitzer, and T. Pollock: Metall. Mater. Trans. A, 2010, vol. 41, pp. 947–956.CrossRef A. Suzuki, M. Gigliotti, B. Hazel, D. Konitzer, and T. Pollock: Metall. Mater. Trans. A, 2010, vol. 41, pp. 947–956.CrossRef
6.
7.
Zurück zum Zitat N. Isobe and S. Sakuri: J. Soc. Mater. Sci. Japan, 2003, vol. 52, pp. 29–33.CrossRef N. Isobe and S. Sakuri: J. Soc. Mater. Sci. Japan, 2003, vol. 52, pp. 29–33.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat S. Yandt, D. Seo, P. Au, N. Tsuno, and A. Sato: Can. Metall. Q., 2013, vol. 50, pp. 303–310.CrossRef S. Yandt, D. Seo, P. Au, N. Tsuno, and A. Sato: Can. Metall. Q., 2013, vol. 50, pp. 303–310.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat C.A. Yablinsky, K.M. Flores, M.J. Mills, J.C. Williams, and J.Rigney: in Superalloys 2008, R.C. Reed, K.A. Green, P. Caron, T.P. Gabb, M.G. Fahrmann, E.S. Huron, and S.A. Woodard, eds., TMS, Warrendale, PA, 2008, pp. 535–40. C.A. Yablinsky, K.M. Flores, M.J. Mills, J.C. Williams, and J.Rigney: in Superalloys 2008, R.C. Reed, K.A. Green, P. Caron, T.P. Gabb, M.G. Fahrmann, E.S. Huron, and S.A. Woodard, eds., TMS, Warrendale, PA, 2008, pp. 535–40.
10.
Zurück zum Zitat S. Yandt, X. Wu, N. Tsuno, and A. Sato: in Superalloys 2012, E.S. Huron, R.C. Reed, M.C. Hardy, M.J. Mills, R.E. Montero, P.D. Portella, and J. Telesman, eds., TMS, Warrendale, PA, 2012, pp. 501–08. S. Yandt, X. Wu, N. Tsuno, and A. Sato: in Superalloys 2012, E.S. Huron, R.C. Reed, M.C. Hardy, M.J. Mills, R.E. Montero, P.D. Portella, and J. Telesman, eds., TMS, Warrendale, PA, 2012, pp. 501–08.
11.
Zurück zum Zitat M. He and A. Evans: Acta Mater., 2010, vol. 58, pp. 583–591.CrossRef M. He and A. Evans: Acta Mater., 2010, vol. 58, pp. 583–591.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat T.M. Pollock, B. Laux, C.L. Brundidge, A. Suzuki, and M.Y. He: J. Am. Ceram. Soc., 2011, vol. 94, pp. s136–s145.CrossRef T.M. Pollock, B. Laux, C.L. Brundidge, A. Suzuki, and M.Y. He: J. Am. Ceram. Soc., 2011, vol. 94, pp. s136–s145.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat S. Patil, S. Huang, M. Karadge, D. Konitzer, and A. Suzuki: in Superalloys 2016, M. Hardy, E.S. Huron, U. Glatzel, B. Griffin, B. Lewis, C.M.F. Rae, V. Seetharaman, and S. Tin, eds., TMS, Warrendale, PA, 2016, pp. 959–67. S. Patil, S. Huang, M. Karadge, D. Konitzer, and A. Suzuki: in Superalloys 2016, M. Hardy, E.S. Huron, U. Glatzel, B. Griffin, B. Lewis, C.M.F. Rae, V. Seetharaman, and S. Tin, eds., TMS, Warrendale, PA, 2016, pp. 959–67.
14.
Zurück zum Zitat A. W. Davis and A. G. Evans: Metall. Mater. Trans. A, 2006, vol. 37, pp. 2085–2095.CrossRef A. W. Davis and A. G. Evans: Metall. Mater. Trans. A, 2006, vol. 37, pp. 2085–2095.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat J. A. Nychka and D. R. Clarke: Oxid. Met., 2005, vol. 63, pp. 325–352.CrossRef J. A. Nychka and D. R. Clarke: Oxid. Met., 2005, vol. 63, pp. 325–352.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat V. K. Tolpygo and D. R. Clarke: Mater. High Temp., 2003, vol. 20, pp. 261–271.CrossRef V. K. Tolpygo and D. R. Clarke: Mater. High Temp., 2003, vol. 20, pp. 261–271.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat D. S. Balint and J. W. Hutchinson: J. Mech. Phys. Solids, 2005, vol. 53, pp. 949–973.CrossRef D. S. Balint and J. W. Hutchinson: J. Mech. Phys. Solids, 2005, vol. 53, pp. 949–973.CrossRef
18.
19.
Zurück zum Zitat A. Heuer, A. Reddy, D. Hovis, B. Veal, A. Paulikas, A. Vlad, and M. Rühle: Scr. Mater., 2006, vol. 54, pp. 1907–1912.CrossRef A. Heuer, A. Reddy, D. Hovis, B. Veal, A. Paulikas, A. Vlad, and M. Rühle: Scr. Mater., 2006, vol. 54, pp. 1907–1912.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat D. Hovis, L. Hu, A. Reddy, A. H. Heuer, A. P. Paulikas, and B. W. Veal: Int. J. Mater. Res., 2007, vol. 98, pp. 1209–1213.CrossRef D. Hovis, L. Hu, A. Reddy, A. H. Heuer, A. P. Paulikas, and B. W. Veal: Int. J. Mater. Res., 2007, vol. 98, pp. 1209–1213.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat L. H. Rettberg, B. Laux, M. Y. He, D. Hovis, A. H. Heuer, and T. M. Pollock: Metall. Mater. Trans. A, 2016, vol. 47, pp. 1132–1142.CrossRef L. H. Rettberg, B. Laux, M. Y. He, D. Hovis, A. H. Heuer, and T. M. Pollock: Metall. Mater. Trans. A, 2016, vol. 47, pp. 1132–1142.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat A. Suzuki, Y. Gao, D. Lipkin, A. Singhal, M. Krug, D. Konitzer, J. Almer, T. Pollock, and B. Bewlay: MATEC Web Conf., 2014, vol. 14, p. 04004.CrossRef A. Suzuki, Y. Gao, D. Lipkin, A. Singhal, M. Krug, D. Konitzer, J. Almer, T. Pollock, and B. Bewlay: MATEC Web Conf., 2014, vol. 14, p. 04004.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat T. Pollock and S. Tin: J. Propuls. power, 2006, vol. 22, pp. 361–374.CrossRef T. Pollock and S. Tin: J. Propuls. power, 2006, vol. 22, pp. 361–374.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat S. Tin, T. M. Pollock, and W. Murphy: Metall. Mater. Trans. A, 2001, vol. 32, pp. 1743–1753.CrossRef S. Tin, T. M. Pollock, and W. Murphy: Metall. Mater. Trans. A, 2001, vol. 32, pp. 1743–1753.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat L. Rettberg, M. Tsunekane, and T. Pollock: in Superalloys 2012, E.S. Huron, R.C. Reed, M.C. Hardy, M.J. Mills, R.E. Montero, P.D. Portella, and J. Telesman, eds., TMS, Warrendale, PA, 2012, pp. 341–49. L. Rettberg, M. Tsunekane, and T. Pollock: in Superalloys 2012, E.S. Huron, R.C. Reed, M.C. Hardy, M.J. Mills, R.E. Montero, P.D. Portella, and J. Telesman, eds., TMS, Warrendale, PA, 2012, pp. 341–49.
26.
Zurück zum Zitat E. Fleury and L. Rémy: Mater. Sci. Eng. A, 1993, vol. 167, pp. 23–30.CrossRef E. Fleury and L. Rémy: Mater. Sci. Eng. A, 1993, vol. 167, pp. 23–30.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat E. Fleischmann, C. Konrad, J. Preußner, R. Völkl, E. Affeldt, and U. Glatzel: Metall. Mater. Trans. A, 2015, vol. 46, pp. 1125–1130.CrossRef E. Fleischmann, C. Konrad, J. Preußner, R. Völkl, E. Affeldt, and U. Glatzel: Metall. Mater. Trans. A, 2015, vol. 46, pp. 1125–1130.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat T. M. Pollock and R. D. Field: Dislocations in Solids, 2002, vol. 11, pp. 593–595. T. M. Pollock and R. D. Field: Dislocations in Solids, 2002, vol. 11, pp. 593–595.
29.
Zurück zum Zitat J. M. Alvarado-Orozco, R. Morales-Estrella, M. S. Boldrick, G. Trapaga-Martinez, B. Gleeson, and J. Munoz-Saldana: Metall. Mater. Trans. A, 2015, vol. 46, pp. 726–738.CrossRef J. M. Alvarado-Orozco, R. Morales-Estrella, M. S. Boldrick, G. Trapaga-Martinez, B. Gleeson, and J. Munoz-Saldana: Metall. Mater. Trans. A, 2015, vol. 46, pp. 726–738.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat B. A. Pint, J. R. Martin, and L. W. Hobbs: Solid State Ionics, 1995, vol. 78, pp. 99–107.CrossRef B. A. Pint, J. R. Martin, and L. W. Hobbs: Solid State Ionics, 1995, vol. 78, pp. 99–107.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat A. H. Heuer, T. Nakagawa, M. Z. Azar, D. B. Hovis, J. L. Smialek, B. Gleeson, N. D. M. Hine, H. Guhl, H. S. Lee, P. Tangney, W. M. C. Foulkes, and M. W. Finnis: Acta Mater., 2013, vol. 61, pp. 6670–6683.CrossRef A. H. Heuer, T. Nakagawa, M. Z. Azar, D. B. Hovis, J. L. Smialek, B. Gleeson, N. D. M. Hine, H. Guhl, H. S. Lee, P. Tangney, W. M. C. Foulkes, and M. W. Finnis: Acta Mater., 2013, vol. 61, pp. 6670–6683.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat D. Pan, M. Chen, P. Wright, and K. Hemker: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 2205–2217.CrossRef D. Pan, M. Chen, P. Wright, and K. Hemker: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 2205–2217.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat K. J. Hemker, B. G. Mendis, and C. Eberl: Mater. Sci. Eng. A, 2008, vol. 483-484, pp. 727–730.CrossRef K. J. Hemker, B. G. Mendis, and C. Eberl: Mater. Sci. Eng. A, 2008, vol. 483-484, pp. 727–730.CrossRef
34.
Zurück zum Zitat A. Pandey, V. K. Tolpygo, and K. J. Hemker: JOM, 2013, vol. 65, pp. 542–549.CrossRef A. Pandey, V. K. Tolpygo, and K. J. Hemker: JOM, 2013, vol. 65, pp. 542–549.CrossRef
35.
Zurück zum Zitat W. Brindley and J. Whittenberger: Mater. Sci. Eng. A, 1993, vol. 163, pp. 33–41.CrossRef W. Brindley and J. Whittenberger: Mater. Sci. Eng. A, 1993, vol. 163, pp. 33–41.CrossRef
Metadaten
Titel
Oxidation-Assisted Crack Growth in Single-Crystal Superalloys during Fatigue with Compressive Holds
verfasst von
M. A. Lafata
L. H. Rettberg
M. Y. He
T. M. Pollock
Publikationsdatum
13.11.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 1/2018
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-017-4392-3

Weitere Artikel der Ausgabe 1/2018

Metallurgical and Materials Transactions A 1/2018 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.