Properties of UNS 10276 Nickel Alloy and SA 516 GR 70 Steel Dissimilar Weldment
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M. Tümer
Abstract
At moderate and high temperature applications, nickel-based superalloys are widely preferred as suitable candidate materials due to their high mechanical properties and corrosion/oxidation resistance, however, difficulties in mass production of these alloys and their cost cause the use of these alloys as a part of dissimilar weld joints with any structural material. In this study, a dissimilar weld joint between a nickel-based superalloy (UNS 10276) and unalloyed steel (SA 516 GR 70) was successfully performed by gas tungsten arc welding method by using ErNiCrMo-3 filler metal. Initially, the microstructural features of base materials, heat affected zone and weld metal were characterized and cellular, coarser cellular and epitaxial growth dendrites as matrix phases and several Mo-rich and Nb-rich precipitates embedded in the solidified structure were observed in weld metal. In heat affected zones and fusion lines of the dissimilar joints, some metallurgical phenomena like partially melted zone, solidification at grain boundary, migrated grain boundary and decarburization were also examined. All these microstructural features affected the mechanical properties.
Kurzfassung
Aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften und Beständigkeit gegenüber Korrosion bzw. Oxidation werden Nickelbasis-Superlegierungen allgemein als geeignete Ausgangswerkstoffe für Anwendungen bei mittleren und hohen Temperaturen bevorzugt. Kosten und Schwierigkeiten bei der Massenproduktion dieser Legierungen führen jedoch dazu, dass sie in Kombination mit Konstruktionswerkstoffen als Bestandteil von Mischschweißverbindungen zum Einsatz kommen. In dieser Untersuchung wurde unter Anwendung des Wolfram-Inertgas-Lichtbogenschweißverfahrens und mit ErNiCrMo-3 als Schweißzusatzwerkstoff mit einer Nickelbasis-Superlegierung (UNS 10276) sowie unlegiertem Stahl (SA 516 GR 70) erfolgreich eine Mischschweißverbindung hergestellt. Zunächst wurden die Gefügemerkmale der Grundwerkstoffe, der Wärmeeinflusszone und des Schweißguts charakterisiert, wobei in den Phasen der Matrix zelluläres, grob zelluläres und epitaktisches Dendritenwachstum und einige im Schweißgut in der Erstarrungsstruktur eingebettete Mo-reiche und Nb-reiche Ausscheidungen beobachtet werden konnten. In den Wärmeeinflusszonen und Schmelzlinien der Mischverbindungen wurden zudem einige metallurgische Phänomene wie beispielsweise teilweise aufgeschmolzene Bereiche, Erstarrung an der Korngrenze, Korngrenzenmigration und Entkohlung untersucht. Alle diese Gefügemerkmale hatten Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften.
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