Microstructural study of fatigue and dwell fatigue crack growth behaviour of ATI 718Plus alloy

Abstract

A new superalloy, ATI 718Plus alloy (718Plus), has been developed to have a 55°C higher temperature capability over the traditionally used alloy 718, while maintaining favourable processing characteristics and intrinsic raw material costs. The fatigue and dwell fatigue behaviour of four microstructural variations of 718Plus are evaluated and compared with Waspaloy: standard heat treated condition (HT1), standard heat treated condition with thermal exposure at 732°C (1350°F) for 1000 h (HT2), fine grain condition with a modified δ phase (HT3) and fine grain overaged through modified heat treatment (HT4). Fatigue crack growth rate tests were performed at 649°C (1200°F) and 704°C (1300°F) under constant amplitude loading at 10 Hz or with a 100 s tension dwell. The results show that the steady state fatigue crack growth rates of each microstructural variation and both alloys are identical, with all of the 718Plus variations showing a clear advantage over Waspaloy in the fatigue crack threshold regime. The 718Plus variants HT1 and HT3 exhibited the highest fatigue crack growth threshold, followed closely by HT4 and finally HT2. At 649°C (1200°F), the 718Plus alloys had average threshold values ranging from 8·8 to 10·4 MPa m1/2 whereas the Waspaloy material was 6·1–7·5 MPa m1/2. At 704°C (1300°F), the advantage increased with the 718Plus alloys having average threshold values ranging from 10·1 to 11·6 MPa m1/2 compared with Waspaloy, which exhibited average threshold values of 6·6–7·7 MPa m1/2. Dwell fatigue results show that Waspaloy has better resistance to crack propagation under dwell conditions; however, optimisation of the precipitate phase (HT2) shows vast improvement in the dwell fatigue resistance of 718Plus.On a développé un nouveau superalliage, l’alliage ATI 718PlusÒ (718Plus), afin qu’il soit capable de supporter une température de 55°C plus élevée par rapport à l’alliage 718 utilisé traditionnellement, tout en maintenant des caractéristiques favorables de traitement et les coûts intrinsèques de métal brut. On évalue, et compare au Waspaloy, le comportement de fatigue et de pause-fatigue de quatre variations de microstructure du 718Plus. 1) Condition de traitement thermique standard (HT1); 2) condition de traitement thermique standard avec exposition thermique à 732°C (1350°F) de 1000 heures (HT2); 3) condition à grain fin avec une phase d modifiée (HT3); 4) grain fin avec vieillissement artificiel au moyen d’un traitement thermique modifié (HT4). On a effectué des essais de vitesse de croissance de fissure de fatigue à 649°C (1200°F) et à 704°C (1300°F) sous une charge à amplitude constante à 10 Hz ou avec une pause en traction de 100 secondes.Les résultats montrent que les vitesses de croissance de fissure de fatigue en régime permanent de chaque variation microstructurale et des deux alliages étaient identiques, alors que toutes les variations du 718Plus montraient un avantage clair sur le Waspaloy lors du régime seuil de fissure de fatigue. Les variantes HT1 et HT3 du 718Plus exhibaient le seuil de croissance de fissure de fatigue le plus élevé, suivies de près par HT4 et finalement par HT2. À 649°C (1200°F), les alliages 718Plus avaient des valeurs moyennes de seuil allant de 8·8 à 10·4 MPa-m1/2 alors que pour le matériau de Waspaloy, elles variaient de 6·1 à 7·5 MPa-m1/2. À 704°C (1300°F), l’avantage augmentait, les alliages 718Plus ayant des valeurs moyennes de seuil allant de 10·1 à 11·6 MPa-m1/2 comparés au Waspaloy, lequel exhibait des valeurs moyennes de seuil de 6·6 à 7·7 MPa-m1/2. Les résultats de pause-fatigue montrent que le Waspaloy a une meilleure résistance à la propagation de fissure sous des conditions de pause; cependant, l’optimisation de la phase de précipité (HT2) montre une vaste amélioration de la résistance à la pause-fatigue du 718Plus.