본 연구에서는 Inconel 713C 스크랩을 원료로 아르곤-산소 탈탄 공정을 이용하여 니켈계 초내열합금을 재활용 하였다. 아르곤-산소 탈탄 공정에서 아르곤은 1,000 sccm으로 지속적으로 주입되었고 산소는 100, 250, 500 sccm의 유량으로 10, 20, 30 분씩 주입되었다. 산소 주입 초기 단계에서는 산소 양이 증가하면서 Al, Cr, 및 Mo 함량은 증가하였고 탄소 함량은 감소하였다. 그리고 Al 함유량은 탄소의 반응이 끝난 후 Al, Cr 등의 원소와 산화가 일어났기 때문에 첨가원소와 탄소의 반응에 의해 감소하였다. 결과적으로, Al 함유량이 감소하였기 때문에 ${\gamma}^{\prime}$상이 줄어들었으며 이는 Al이 ${\gamma}^{\prime}$을 형성하는 주요 원소이기 때문이다. 또한, 탄소의 양이 줄어들면서 탄화물도 줄어들었으며 산소가 과잉 공급된 시료의 기계적인 물성(강도, 경도 등)은 감소하게 된다.
가스터빈 블레이드 재료로 사용되는 IN738LC 니켈기 초합금 주조재에 대하여 고온등압압축(HIP) 공정에 의한 미세조직 변화와 고온 피로수명에 미치는 영향을 조사하였다. 세부적으로 HIP 처리에 따른 주조결함 제거와 피로변형 열화재의 물성재생효과 확인에 중점을 두었으며, 이를 위하여 회전굽힘 피로시험을 실시하고 변형전후의 미세조직을 광학 및 주사전자현미경으로 관찰하였다. HIP 처리 전후의 미세조직과 피로수명을 비교, 평가한 결과, 주조재와 열처리재의 피로수명 차는 크지 않았으나 HIP 처리재의 피로수명은 이들과 비교하여 평균 60배 이상 증가한 것으로 나타났다. 또한 인위적으로 고온 피로변형을 가한 열화재를 대상으로 반복 HIP 처리한 결과, 열화 변형조직이 신재 상태로 거의 완전히 재생될 뿐만 아니라, 재료내에 미세하게 잔존하던 주조결함까지 부가적으로 제거됨에 따라 반복 HIP 처리에 의한 피로수명 연장 효과가 크게 나타났다.
Segregation during solidification and homogenization during thermal exposure in GTD 111 were investigated. The microstructures of as-cast, standard heat-treated, and thermally exposed specimens were observed by SEM. A compositional analysis of each specimen was conducted by EDS. The dendrite core was enriched in W and Co, though lower levels of Ti and Ta were observed. An unexpected phase, in this case like the ${\eta}$ phase, was observed due to segregation near the ${\gamma}-{\gamma}^{\prime}$ eutectic in the standard heat-treated specimen. Segregation also induced microstructural evolution near the ${\gamma}-{\gamma}^{\prime}$ eutectic during the standard heat treatment. A quantitative analysis and microstructural observations showed that the thermal exposure at a high temperature enhanced the chemical homogeneity of the alloy.
점계수법이나 영상분석법으로는 미세조직상 구분이 어렵고 측정이 곤란할 정도로 미량인 석출물들의 분율을 구하는 것이 불가능하다. 본 연구에서는 미량석출물을 전기화학적으로 모재에서 추출한 후, 추출물에 대한 정량 X-선 회절분석법을 이용하여 니켈기 초내열합금 Udimet 720의 기계적성질에 중요한 영향을 미치는 미량석출물인 시그마, 탄소화물, 붕소화물 등의 상분율을 측정하였다. 미량석출물들의 양적 변화를 유도하기 위해 합금을 $800^{\circ}C$에서 3000시간까지 노출시켰을 때, 유지시간이 증가할수록 시그마상의 석출양이 지수함수적으로 증가하였으며 3000시간 정도 유지되면 시그마상 석출이 둔화되어 포화상태에 가깝게 되는 것을 확인하였다. 석출이 완료되는 시점은 약 5000시간 부근으로 예측되며, 최대로 석출할 수 있는 시그마상의 양은 무게비로 5% 정도였다. 한편, $M_{23}C_6$와 $M_3B_2$의 양은 유지시간에 무관하게 무게분율로 0.1~0.5% 범위의 일정한 값을 보였다.
Mar-M-247 합금은 고온에서의 우수한 강도로 Ni기 초내열합금 중 항공용 가스터빈 부품에 가장 널리 사용되는 소재 중 하나이다. Mar-M-247을 이용하여 터빈 노즐, 터빈 블레이드와 같이 Hot section 용으로 제작되는 부품은 복잡한 형상 등의 이유로 접합 공정을 적용하고 있다. 본 연구에서는 Mar-M-247 합금의 액상확산접합부에 대한 고온 특성 거동을 고찰하고자 하였다. 이에, $1,121^{\circ}C$에서 7분간 확산접합을 실시하여 고온 강도 변화를 관찰하였다. 시험 결과, 접합 시편은 $649^{\circ}C$에서 모재 대비 약 70%, $825^{\circ}C$에서 약 60%, $1,000^{\circ}C$에서 약 45%의 강도치를 나타내었다. 접합시간에 따른 강도 변화를 관찰한 결과, 720분 접합한 시편은 $649^{\circ}C$에서 모재와 유사한 강도치를 나타내었으며, 이는 One-body 부품에 가까운 일체형 확산 접합이 이루어진 것으로 판단된다.
In this study, solid solution heat treatment of consolidated nickel-based superalloy powders is carried out by hot isotactic pressing. The effects of the cooling rate of salt quenching, and air cooling on the microstructures and the mechanical properties of the specimens are analyzed. The specimen that is air cooled shows the formation of serrated grain boundaries due to their obstruction by the carbide particles. Moreover, the specimen that is salt quenched shows higher strength than the one that is air cooled due to the presence of fine and close-packed tertiary gamma prime phase. The tensile elongation at high temperatures improves due to the presence of grain boundary serrations in the specimen that is air cooled. On the contrary, the specimen that is salt quenched and consists of unserrated grain boundaries shows better creep properties than the air cooled specimen with the serrated grain boundaries, due to the negative creep phenomenon.
The transition of serrated grain boundary and its effect on liquation behavior in the simulated weld heat-affected zone (HAZ) have been investigated in a wrought Ni-based superalloy Alloy 263. Recently, the present authors have found that grain boundary serration occurs in the absence of adjacent coarse ${\gamma}^{\prime}$ particles or $M_{23}C_6$ carbides when a specimen is direct-aged with a combination of slow cooling from solution treatment temperature to aging temperature. The present study was initiated to determine the interdependence of the serration and HAZ property with a consideration of this serration as a potential for the use of a hot-cracking resistant microstructure. A crystallographic study indicated that the serration led to a change in grain boundary character as special boundary with a lower interfacial energy as those terminated by low-index {111} boundary planes. It was found that the serrated grain boundaries are highly resistant to boron enrichment, and suppress effectively grain coarsening in HAZ. Furthermore, the serrated grain boundaries showed a higher resistance to susceptibility of liquation cracking. These results was discussed in terms of a significant decrease in interfacial energy of grain boundary by the serration.
An attempt was made to evaluate creep reliability of two commercial Ni-based superalloys by using ultrasonic wave. The materials include fine-grained PM alloy fabricated by mechanical alloying and subsequent hot isostatic pressing, and IN738LC cast alloy with a grain size of a few cm. Microstructural parameters (fraction of creep cavity and size of ${\gamma}^{\prime}$ precipitates) and ultrasonic parameters (velocity, attenuation) were measured to try to find relationships between them. Ultrasonic velocity decreased with creep cavity formation in PM alloy. On the other hand, no distinct changing trend of ultrasonic velocity was observed for IN738LC alloy. Ultrasonic attenuation was found to have a linear correlation with the size of ${\gamma}^{\prime}$ precipitates and was suggested as a potential parameter for monitoring creep reliability of IN738LC alloy.
The out-of-phase thermo-mechanical fatigue (OP TMF) in a <001> oriented single crystal nickel-based superalloy CMSX-4 has been studied. OP TMF life was less than a half of low cycle fatigue(LCF) life in spite of a small hysteresis loop area of OP TMF compared to that of LCF. The failure was caused by the initiation of a crack at the oxide-layered surface followed by its planar growth along the <100> ${\gamma}$ channel in both LCF and OP TMF. However, deformation twins appeared near the major crack of OP TMF. The multiple groups of parallel twin plates on {111} planes provided a preferential path for crack propagation, which caused a significant decrease in OP TMF life. Additionally, the analysis on the surface crack morphology revealed that the tensile strain at the minimum temperature of OP TMF was found to accelerate the crack propagation.
On the Transient Liquid Phase Bonding (TLPB) phenomenon with the MBF-50 insert metal at narrow gap (under 100), it takes long time for the bonding and the homogenizing. Typically, isothermal solidification is controlled by the diffusion of depressed element of B and Si. However, the amount of B and Si in the MBF-50 filler metal is large. This is reason of the long bonding time. Also, the MBF-50 filler metal did not contained Al and Ti which are ${\gamma}^{\prime}$ phases former. This is reason of the long homogenizing time. From the bonding phenomenon with the MBF-50 insert metal, we search main factors on the bonding mechanism and select several insert-metals for using the wide-gap TLPB. New insert-metals contained Al and Ti which are ${\gamma}^{\prime}$ phases former and decrease the B then the MBF-50. When the new insert-metal was used on the TLPB, the bonding time was decreased about 1/10 times and homogenizing heat treatment was no needed. In spite of the without homogenizing, the volume fraction of ${\gamma}^{\prime}$ phases in the boned interlayer was equal to homogenizing heat treated specimen which was TLPB with the MBF-50. Finally, the new insert metal named WG1 for the wide-gap TLPB is more efficient then the MBF-50 filler metal without decreasing the bonding characteristic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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