Effect of modification on microstructure and mechanical properties of cobalt casting superalloy

Cobalt based heat - resisting superalloys are widely used for turbinę blades and stationary elements of gas turbines (combustion space and stator blades) in aero-engines. These elements are generally produced by the investment casting method. The use of cobalt aluminate (CoAI2O4) for reducing relative grain size of precision investment castings results in higher mechanical properties. The aim of the present work was settlement of basie physical and chemical properties of cobalt aluminate powder and its concentration in the interior surface of invested mould on the grain size and the microstructure, and in conseąuence, mechanical properties of high temperaturę creep resisting superalloy MAR M 509. For this purpose, the ceramic moulds were madę with different kinds of cobalt aluminate (manufactured by two different companies: Mason Color and Permedia Lublin) and its concentration in the primary slurry was from 0 to 10% mass. in zirconium flour. Stepped and cylindrical samples were casted for microstructure and mechanical examinations. The average grain size of the matrix (y phase), was determined on the stepped samples. The influence of surface modification on the grain size of up to section thickness was considered. The microstructure investigations with the use of Iight microscopy and scanning electron microscopy (SEM) enable to examine the influence of the surface modification on the morphology of carbides precipitations. Verification of the influence of CoAI2O4 on the mechanical properties of castings were investigated on the basis of results obtained form tensile and creep tests.

---

Żarowytrzymałe stopy na osnowie kobaltu stosowane są na łopatki oraz stacjonarne elementy turbin gazowych (komór spalania, łopatek kierowniczych) silników lotniczych. Odlewy tych elementów wykonywane są najczęściej metodą wytapianych modeli. W stosowanej obecnie technologii wytwarzania tych elementów poprawę właściwości mechanicznych uzyskuje się przez modyfikację mikrostruktury warstwy wierzchniej odlewu za pomocą glinianu kobaltu (CoAI2O4). Celem pracy było ustalenie wpływu właściwości fizycznych i chemicznych proszku glinianu kobaltu oraz stężeń modyfikatora w warstwie wierzchniej formy na rozmiar ziarn, mikrostrukturę a przez to właściwości mechaniczne żarowytrzymałego nadstopu kobaltu MAR M 509. W tym celu wykonano formy ceramiczne różniące się rodzajem modyfikatora (produkcji firm: Mason Color i Permedia Lublin) oraz jego zawartością (0-10%mass. w mączce cyrkonowej) w warstwie wierzchniej formy. Następnie do przygotowanych wcześniej form odlano próbki schodkowe i walcowe odpowiednio do badań mikrostruktury i właściwości mechanicznych. Na wykonanych odlewach schodkowych określono średnie pole powierzchni płaskiego przekroju ziarna. Zwrócono również uwagę na sposób oddziaływania modyfikatora na rozmiar ziarn w zależności od grubości przekroju odlewu. Obserwacje mikrostruktury za pomocą mikroskopu świetlnego i elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) umożliwiły przeprowadzenie analizy oddziaływania modyfikatora na rozmiary i morfologię wydzieleń fazy węglikowej. Sposób oddziaływania modyfikatora na właściwości mechaniczne odlewów próbek z nadstopu MAR-M 509 określono na podstawie statycznej próby rozciągania i przyspieszonego pełzania.