\(\gamma\) - \(\gamma\)' microstructure evolution in single crystal (sx) Ni-base superalloys

  • In Single Crystal(SX) turbine blades the \(\gamma\gamma\)' microstructure plays a key role in providing a superior material property. This thesis utilizes multi-phase-field(MPF) approach for modeling microstructure evolution and investigate coarsening kinetics, creep and its effects on superalloy. Elastic interaction on the coarsening kinetics was investigated. A delayed and suppressed behavior was evident because of elastic contribution. Creep and related rafting phenomenon was investigated by two approaches. 1, A new approach of primary coupling of 3D-MPF model with 3D-DDD simulation was introduced. 2, A classical inelastic-strain rate equation was incorporated to MPF. By investigating whether the creep is an elastic or plastic phenomenon, study shows that the rafting process is motivated by elasticity, but enhanced by the creep, both phenomena remains inseparable. Results also show that microstructure with narrow and uniform \(\gamma\) matrix channels leads to blades with superior mechanical property.
  • Für die mechanischen Eigenschaften von Einkristall-Turbinenschaufeln spielt die \(\gamma\gamma\)'-Mikrostruktur eine entscheidende Rolle. Ein Multi-Phase-Field (MPF)-Ansatz wird für deren Modellierung genutzt, um die Auswirkungen der Vergröberungskinetik und des Kriechens auf die Werkstoffeigenschaften zu untersuchen. Die Kinetik wurde unter Berücksichtigung des elastischen Materialverhaltens untersucht, wobei eine verzögerte und unterdrückte Vergröberung aufgrund der Wechselwirkungen festgestellt wurde. Das Kriechen und das damit verwandte Rafting wurden durch zwei Ansätze im Rahmen von MPF modelliert: durch eine Kopplung von 3D-MPF-Modell mit 3D-DDD-Simulationen sowie durch ein klassisches Kriechgesetz. Es wurde gezeigt, dass das Rafting durch die elastischen Effekte hervorgerufen und durch das Kriechen verstärkt wird. Weiterhin wurde festgestellt, dass eine Mikrostruktur, welche aus engen und gleichmäßigen Kanälen der \(\gamma\) Matrix besteht, zu herausragenden mechanischen Eigenschaften führt.

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Metadaten
Author:Mohan Kumar RajendranGND
URN:urn:nbn:de:hbz:294-65923
DOI:https://doi.org/10.13154/294-6592
Referee:Ingo SteinbachORCiDGND, Fathollah VarnikORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2019/09/18
Date of first Publication:2018/07/18
Publishing Institution:Ruhr-Universität Bochum, Universitätsbibliothek
Granting Institution:Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Maschinenbau
Date of final exam:2018/02/16
Creating Corporation:Fakultät für Maschinenbau
Tag:Superlegierung
GND-Keyword:Phasenfeldmodell; Mikrostruktur; Phasenumwandlung; Simulation; Nickellegierung
Note:
Teile der Arbeit veröffentlicht:

Primary combination of phase-field and discrete dislocation dynamics methods for investigating athermal plastic deformation in various realistic Ni-base single crystal superalloy microstructures / S. Gao, M. K. Rajendran, M. Fivel, A. Ma et al.
In: Modeling and Simulation in Materials Science and Engineering, Bd. 23.2015, 075003

Large scale 3-D phase-field simulation of coarsening in Ni-base superalloys, Eurosuperalloys : 2014 European Symposium on Superalloys and their Applications / M. K. Rajendran, O. Shchyglo, I. Steinbach.
In: EDP Sciences, Bd. 14.2014, 11001
Institutes/Facilities:Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS)
Sonderforschungsbereich / Transregio 103, Superalloy Single Crystals
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften, Maschinenbau
faculties:Fakultät für Maschinenbau
Licence (German):License LogoKeine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht