Development of a new lifetime prediction method for gas turbine core parts by digital image analysis of precipitates morphology

To describe the lifetime prediction of gas turbine core parts serviced in some ten thousands rpms at over $1,000^{\circ}C$, the Larson-Miller Creep Curves, which are formed by creep rupture tests as the destructive experiment with parameters of stress and temperature, are used often, but not exact and reliable with errors of over some tens. On the other hand, this study shows a non-destructive method with increased accuracy and reliability. The SEM and TEM specimens were extracted by replica after polishing the local airfoil and root surfaces of the first stage scraped blade (bucket), serviced for 18,000 hours at $1,280^{\circ}C$ in Gas Turbines of Boryong. The observed TEM and SEM precipitates were digitalized for calculation of the average size. Here we could find the precipitate size grown from $0.45{\mu}m$ to $0.6{\mu}m$ during service and the grown precipitates to be still sound. From these results we could conclude that the scraped balde can be used for ten thous and hours additionally and for twenty thousand hours by additional heat treatments on the scraped blade.

석출물 형상의 디지털 이미지 분석에 의한 가스터빈 핵심부품의 새로운 수명평가기술 개발

$1,000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 수천~수만 rpm으로 작동하는 가스터빈 부품의 수명을 예측하기 위하여 크립파단 실험으로 얻어진 Larson-Miller 크립곡선을 활용하고 있다. 이 방법은 고온에서 시편에 하중을 주어 파단수명을 구하여 크립 파단수명을 온도와 하중의 함수로 나타낸 실험결과 곡선이다. 파손적 실험으로서 오차가 수십배를 상회하여 수명예측이 정확하지 않다. 반면에 본 연구에서는 비 파손적일 뿐 아니라 더 정확한 수명예측이 가능한 방법을 소개하고자 한다. 즉, $1,280^{\circ}C$에서 22,000시간(6,000 기동) 사용되어 폐기된 보령 가스터빈 제1단 단결정 블레이드(버켓)에 국부적으로 polishing한 후, 부식시킨 다음 replica를 떤다. 이 replica에 붙은 석출물들은 TEM과 SEM 사진으로 구하여 디지털 이미지하여 크기가 측정된다. 블레이드가 사용 전에 $0.45{\mu}m$ 크기에서 사용 후, $0.6{\mu}m$로 성장하였으나, 추가적으로 약 만여 시간 더 사용할 수 있으며 열처리를 추가하면 이만여 시간 더 사용할 수 있음을 알 수 있었다.