A study of high temperature crack growth in nickel-aluminide

• Published in: Acta metallurgica 1989-05, Vol.37 (5), p.1485-1496
• Main Authors: Hippsley, C.A., DeVan, J.H.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0001-6160
• DOI: 10.1016/0001-6160(89)90180-6

The mechanism of high-temperature intergranular embrittlement in a nickel-aluminide intermetallic alloy has been investigated. Crack propagation rates were measured as a function of stressintensity in four-point bend specimens loaded in air at 500–760°C. Cracking and oxidation processes were examined using a variety of analytical techniques, including scanning, transmission and scanning-transmission electron microscopy, secondary-ion mass spectroscopy, and Auger-electron spectroscopy. Failure of the bend specimens occurred by stable intergranular crack growth at rates of up to 10 −4 ms −1 at 760°C. An activation energy for the process was estimated at 110 kJ mol −1, which is consistent with interfacial oxygen diffusion as the rate determining step. The crack and oxidation product morphology suggests that crack growth took place by a discontinuous step-wise mechanism, in which oxygen penetrates the grain boundary ahead of a stationary crack tip until the boundary is sufficiently embrittled to fracture locally under the prevailing stress intensity. The crack jumps forward into fresh unembrittled material and arrests, upon which the process is repeated. Mechanisms of embrittlement are discussed. Subsequent oxidation of the crack faces produces a multi-layered infill comprising a central conglomerate layer of unoxidised nickel, flanked by aluminium oxide containing sub-micron nickel particles. On étudie le mécanisme de fragilisation intergranular à haute température d'un alliage intermétallique nickel-aluminium. La vitesse de propagation des fissures est mesurée en fonction de l'intensité de la contrainte dans des échantillons fléchis à quatre points, sous charge à 500–760°C dans l'air. La fissuration et les processus d'oxydation sont analysés par diverses techniques analytiques parmi lesquelles les microscopies électroniques en transmission, à balayage et à balayage en transmission, la spectroscopie de masse d'ions secondaires et la spectroscopie d'électrons Auger. La rupture des spécimens fléchis se produit par la croissance de fissures intergranulaires stables à des vitesses qui peuvent atteindre 10 −4 ms −1 à 760°C. L'énergie d'activation du mécanisme est estimée à 110 kJ mol −1, ce qui est cohérent avec la diffusion interfaciale d'oxygène comme phénomène contrôlant la vitesse; la morphologie résultante de la fissuration et de l'oxydation suggère que la croissance des fissures se produit par un mécanisme discontinu échelonné, dans lequel l'oxygène pénètre