Microstructural study of the composite nickel based, containing different Al amounts, sintered by an unconventional technique and forged

The aluminum-enriched composite with the composition of Udimet 720 alloy was developed using an unconventional two-step sintering process. The first occurred at 1380°C for 0.5 h and the second at 1180°C for 3 h. The sintered material was then forged at 1200°C under a load of 50 kG and with a fall height of 220 mm, in order to achieve the clusters fragmentation of hard components, followed by the homogenization annealing at 800°C for 1.5 h. The consolidation technique included solution treatment at 1080°C and aging at 800°C with various holding times. The investigation techniques by X-ray diffraction analysis (XRD) and observations under a scanning electron microscope (SEM) with semi-quantitative analyses (EDS) have offered the possibility to reveal the aluminum addition’s impact and the holding time aging on the material’s microstructural evolution. The sintered alloy with a high Al content (5.25 %) exhibits a complex structure composed of metallic matrix γ, the chromium carbide Cr23 C6 , and a large variety of binary intermetallics. Despite this, the solution treatment caused an almost complete dissolution of these compounds, and consequently, a saturation of the nickel cubic lattice. An increase in precipitation phenomenon was, due to the formation of the intermetallic γ’ (Ni, Co)3 (Al, Ti), and then, the alloyed chromium carbide (Cr, Co, Ni, Mo, Ti)23 C6 , led to a noticeable hardening of the metal matrix, reaching a microhardness of 700 HV0.1.

---

Opracowano kompozyt wzbogacony aluminium o składzie stopu Udimet 720 w niekonwencjonalnym dwuetapowym procesie spiekania. Kompozyt spiekano w temp. 1380°C przez 0,5 h, a następnie w temp. 1180°C przez 3 h. Spiekany materiał poddano kuciu w temp. 1200°C pod obciążeniem 50 kG i wysokości opadania 220 mm, w celu uzyskania fragmentacji skupień twardych składników, a następnie wyżarzaniu homogenizującym w temp. 800°C przez 1,5 h. Technika konsolidacji obejmowała obróbkę przesycającą w temp. 1080°C i starzenie w temp. 800°C z różnymi czasami przetrzymywania. Techniki badawcze polegające na analizie dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD) i obserwacje pod skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM) wraz z analizami półilościowymi (EDS) umożliwiły ujawnienie wpływu dodatku aluminium i czasu utrzymywania starzenia na ewolucję mikrostruktury materiału. Spiekany stop o wysokiej zawartości Al (5,25%) wykazywał złożoną strukturę, na którą składały się: metaliczna osnowa γ, węglik chromu Cr23 C6 i duża różnorodność binarnych związków międzymetalicznych. Mimo to obróbka roztworowa spowodowała niemal całkowite rozpuszczenie tych związków, a w konsekwencji nasycenie sześciennej sieci niklu. Nasilenie zjawiska strącania osadów spowodowane utworzeniem się międzymetalicznego γ' (Ni, Co)3 (Al, Ti), a następnie stopowego węglika chromu (Cr, Co, Ni, Mo, Ti)23 C6 , doprowadziło do zauważalnego utwardzenia osnowy metalicznej, osiągającego mikrotwardość 700 HV0,1.