undefined

Chromium-based bcc-superalloys strengthened by iron supplements

Julkaisuvuosi

2023

Tekijät

Ma, Kan; Blackburn, Thomas; Magnussen, Johan P.; Kerbstadt, Michael; Ferreirós, Pedro A.; Pinomaa, Tatu; Hofer, Christina; Hopkinson, David G.; Day, Sarah J.; Bagot, Paul A.J.; Moody, Michael P.; Galetz, Mathias C.; Knowles, Alexander J.

Abstrakti:

Chromium alloys are being considered for next-generation concentrated solar power applications operating > 800 °C. Cr offers advantages in melting point, cost, and oxidation resistance. However, improvements in mechanical performance are needed. Here, Cr-based body-centred-cubic (bcc) alloys of the type Cr(Fe)-NiAl are investigated, leading to ‘bcc-superalloys’ comprising a bcc-Cr(Fe) matrix (β) strengthened by ordered-bcc NiAl intermetallic precipitates (β’), with iron additions to tailor the precipitate volume fraction and mechanical properties at high temperatures. Computational design using CALculation of PHAse Diagram (CALPHAD) predicts that Fe increases the solubility of Ni and Al, increasing precipitate volume fraction, which is validated experimentally. Nano-scale, highly-coherent B2-NiAl precipitates with lattice misfit ∼ 0.1% are formed in the Cr(Fe) matrix. The Cr(Fe)-NiAl A2-B2 alloys show remarkably low coarsening rate (∼102 nm3/h at 1000 °C), outperforming ferritic-superalloys, cobalt- and nickel-based superalloys. Low interfacial energies of ∼ 40/20 mJ/m2 at 1000/1200 °C are determined based on the coarsening kinetics. The low coarsening rates are principally attributed to the low solubility of Ni and Al in the Cr matrix. The alloys show high compressive yield strength of ∼320 MPa at 1000 °C. The Fe-modified alloy exhibits resistance to age softening, related to the low coarsening rate as well as the relatively stable Orowan strengthening as a function of precipitate radius. Microstructure tailoring with Fe additions offers a new design route to improve the balance of properties in “Cr-superalloys”, accelerating their development as a new class of high-temperature materials.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Ferreirós Pedro A. Orcid -palvelun logo

Pinomaa Tatu Orcid -palvelun logo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli:

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Volyymi

257

Artikkelinumero

119183

Julkaisu­foorumi

50285

Julkaisufoorumitaso

3

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Kustantajan version lisenssi

CC BY

Rinnakkaistallennettu

Ei

Muut tiedot

Tieteenalat

Kemia

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.1016/j.actamat.2023.119183

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä