Estudio del efecto de la adición de circonio y boro en la resistencia al creep de una superaleación base cobalto del sistema Co-Cr-W-Ni

Abstract

In this study, the effects of small additions of boron and zirconium in the microstructure, mechanical properties, and porosity of cobalt-based superalloys of Co-Cr-W-Ni system fabricated under vacuum conditions. The results were investigated and compared to a cobalt-based superalloy with no additions of Co-Cr-W-Ni system. The characterization was performed in the as-cast and homogenized conditions. The microstructural characterization was conducted using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The experimental results indicate that the microstructure of the superalloys is composed of a dendritic structure and the formation of MC and M23C6 carbides. Also, the porosity caused by micro-shrinkage during solidification was observed to be reduced by the boron and zirconium additions. Such a reduction was caused by the formation of zirconium carbides that produce an expansion in volume when they are formed at the end of the solidification process. Also, it was found that additions of boron and zirconium and homogenization treatment modify the morphology of M23C6 carbides from skeleton-type to bulky. The creep deformation behavior of homogenized cobalt-based superalloy with and without additions was investigated using temperatures of 700, 750, and 800 °C and stresses ranging from 200 to 400 MPa. For both superalloys, the primary and secondary creep strains were analyzed in terms of minimum creep rate for to calculated activation energy.

En este trabajo de investigación, se estudió el efecto de las adiciones de boro y circonio en la microestructura, propiedades mecánicas y porosidad de una fundición de la superaleación base cobalto del sistema Co-Cr-W-Ni y colada en condiciones de alto vacío. Los resultados fueron comparados con una superaleación sin adiciones base cobalto del sistema Co-Cr-W-Ni fabricada con las mismas condiciones. La caracterización microestructural se realizó en condiciones de colada y de homogenizado. Para ello se utilizó microscopía óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDS) y difracción de rayos X (DRX). Los resultados experimentales indicaron que la microestructura de ambas superaleaciones está compuesta de una estructura dendrítica y la formación de carburos tipo MC y M23C6. También, se observó que la porosidad causada por micro contracciones durante la solidificación se redujo en la superaleación con adiciones de boro y circonio. La disminución de la porosidad se atribuyó a la formación de carburos ricos en circonio que producen una expansión en volumen cuando son formados al final del proceso de solidificación. También se encontró que las adiciones de boro y circonio y el tratamiento de homogeneizado modifican la morfología de los carburos tipo M23C6 de ser tipo esqueleto a ser volumétricos. El comportamiento al creep de las superaleaciones con y sin adiciones fue investigado haciendo pruebas de carga constante en tres temperaturas diferentes (700, 750 y 800 °C) y esfuerzos axiales aplicados en un rango que va de 200 a 400 MPa. Para ambas superaleaciones, la primera y segunda etapa de deformación de creep fueron analizados en términos de la tasa mínima de creep para calcular la energía de activación.