Effects of aging on mechanical properties and microstructures in high-purity Fe50Cr-(0-8)W alloys

Effets du vieillissement sur les propriétés mécaniques et les microstructures d’alliages de haute pureté Fe-50Cr-(0-8)W

¹ Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai-mura, lbaraki 319-1195, Japan
² Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai 980-8577, Japan

Abstract

The effects of aging on the tensile behavior at 400°C and 600°C and the microstructures of high-purity Fe-50Cr, Fe-50Cr-5W and Fe-50Cr-8W alloys have been examined. The specimens were aged at 400°C and 600°C for 4. 8 × 10³ h under vacuum. The yield stress at 400 °C of the Fe-50Cr-(0-8)W alloys aged at 400 °C increased with increasing tungsten content from 530 MPa to 830 MPa. Twining structures were observed in the Fe-50Cr-(0-8)W alloys aged at 400°C. The total elongation of the Fe50Cr and Fe-50Cr-5W alloys was about 16%, but the elongation of the Fe-50Cr-8W alloy was only 3%. In the specimens aged at 600°C, the yield stress also increased with tungsten content from about 300 MPa to 480 MPa. The total elongation in the aged Fe50Cr alloy was about 16% but a few cracks were observed at grain boundaries and in the matrix. The total elongations of the aged Fe-50Cr-5W and Fe-50Cr-8W alloys were more than 20% and grain boundary deformation was observed in the necking region. The change of microstructure of the Fe-50Cr alloy aged at 400 °C was small. In the Fe50Cr-5W and Fe-50Cr-8W alloys aged at 400 °C, tungsten rich Laves precipitates of about 0. 2-2 μm were formed in the matrix. M₇C₃ carbide with low number density was also formed in the Fe-50Cr-(0-8)W alloys and the size of M₇C₃ carbide was the largest in the Fe-50Cr-8W alloy. In the Fe-50Cr alloy aged at 600 °C, sigma phase was formed at grain boundaries and M₇C₃ carbide with low number density was formed in the matrix. In the Fe-50Cr-5W and Fe-50Cr-8W alloys aged at 600 °C, tungsten rich precipitates were formed in the matrix and at grain boundaries.

Résumé

Les effets de traitements de vieillissement sur le comportement en traction à 400 ° C et 600 °C et sur les microstructures d’alliages de haute pureté Fe50Cr, Fe50Cr5W et Fe50Cr8W ont été examinés. Les échantillons ont été vieillis à 400 °C et 600 °C pendant 4800 h sous vide. La limite d’élasticité à 400 °C des trois alliages vieillis à 400 °C augmente avec la teneur en W de 530 MPa à 830 MPa. Des structures maclées ont été observées dans les trois alliages vieillis à 400 °C. L’allongement total était de 16 % environ pour Fe50Cr et Fe50Cr5W mais seulement 3 % pour Fe50Cr8W. Pour les échantillons vieillis à 600°C, la limite d’élasticité augmente aussi avec la teneur en W de environ 300 MPa à 480 MPa. L’allongement total de FeSOCr vieilli était de 16 % mais quelques fissures inter- et intra-granulaires sont apparues. Pour Fe50Cr5W et Fe50Cr8W vieillis, l’allongement total était supérieur à 20% avec une déformation des joints de grains dans la zone de striction. Les modifications de microstructure de Fe50Cr vieilli à 400 °C étaient faibles. Dans Fe50Cr5W et Fe50Cr8W vieillis à 400 °C, des phases de Laves riches en W de 0, 2 à 2 μm ont précipité dans la matrice. Une faible densité de carbure M₇C₃ s’est également formée dans les trois alliages et les carbures les plus gros ont été observés dans Fe50Cr8W. Dans l’alliage Fe50Cr vieilli à 600 °C, la phase sigma s’est formée aux joints de grains et une faible densité de carbure M₇C₃ a précipité dans la matrice. Dans Fe50Cr5W et Fe50Cr8W vieillis à 600°C, des précipités inter- et intra-granulaires riches en W ont été observés.