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Formation and evolution of hierarchical microstructures in a Ni-based superalloy investigated by in situ high-temperature synchrotron X-ray diffraction

  • Hierarchical microstructures are created when additional γ particles form in γ’ precipitates and they are linked to improved strength and creep properties in high-temperature alloys. Here, we follow the formation and evolution of a hierarchical microstructure in Ni86.1Al8.5Ti5.4 by in situ synchrotron X-ray diffraction at 1023 K up to 48 h to derive the lattice parameters of the γ matrix, γ’ precipitates and γ particles and misfits between phases. Finite element method-based computer simulations of hierarchical microstructures allow obtaining each phase's lattice parameter, thereby aiding peak identification in the in situ X-ray diffraction data. The simulations further give insight into the heterogeneous strain distribution between γ’ precipitates and γ particles, which gives rise to an anisotropic diffusion potential that drives the directional growth of γ particles. We rationalize a schematic model for the growth of γ particles, based on the Gibbs-Thomson effect of capillary andHierarchical microstructures are created when additional γ particles form in γ’ precipitates and they are linked to improved strength and creep properties in high-temperature alloys. Here, we follow the formation and evolution of a hierarchical microstructure in Ni86.1Al8.5Ti5.4 by in situ synchrotron X-ray diffraction at 1023 K up to 48 h to derive the lattice parameters of the γ matrix, γ’ precipitates and γ particles and misfits between phases. Finite element method-based computer simulations of hierarchical microstructures allow obtaining each phase's lattice parameter, thereby aiding peak identification in the in situ X-ray diffraction data. The simulations further give insight into the heterogeneous strain distribution between γ’ precipitates and γ particles, which gives rise to an anisotropic diffusion potential that drives the directional growth of γ particles. We rationalize a schematic model for the growth of γ particles, based on the Gibbs-Thomson effect of capillary and strain-induced anisotropic diffusion potentials. Our results highlight the importance of elastic properties, elastic anisotropy, lattice parameters, and diffusion potentials in controlling the behavior and stability of hierarchical microstructures.zeige mehrzeige weniger

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  • Vogel-Formation-evolution of hierarchical microstructures in situ synchtrotron XRD-JAllComp2022.pdf
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Autor*innen:F. Vogel, J. Cheng, S. B. Liang, C. B. Ke, S. S. Cao, X. P. Zhang, I. Zizak, Anna Maria ManzoniORCiD, J. M. Yu, N. Wanderka, W. Li
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of alloys and compounds
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
Verlag:Elsevier
Verlagsort:Lausanne
Jahrgang/Band:919
Aufsatznummer:165845
Erste Seite:1
Letzte Seite:17
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Finite element method; Superalloy; Transmission electron microscopy; XRD
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.165845
ISSN:0925-8388
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:28.07.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:18.08.2022
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