In this study, defects generated in the YSZ coating layer of the IN738LC turbine blade are investigated using an optical microscope and SEM/EDS. The blade YSZ coating layer is composed of a Y-Zr component top coat layer and a Co component bond coat layer. A large amount of Cr/Ni component that diffused from the base is also measured in the bond coat. The blade hot corrosion is concentrated on the surface of the concave part, accompanied by separation of the coating layer due to the concentration of combustion gas collisions here. In the top coating layer of the blade, cracks occur in the vertical and horizontal directions, along with pits in the top coating layer. Combustion gas components such as Na and S are contained inside the pits and cracks, so it is considered that the pits/cracks are caused by the corrosion of the combustion gases. Also, a thermally grown oxide (TGO) layer of several ㎛ thick composed of Al oxide is observed between the top coat and the bond coat, and a similar inner TGO with a thickness of several ㎛ is also observed between the bond coat and the matrix. A PFZ (precipitate free zone) deficient in γ' (Ni3Al) forms as a band around the TGO, in which the Al component is integrated. Although TGO can resist high temperature corrosion of the top coat, it should also be considered that if its shape is irregular and contains pore defects, it may degrade the blade high temperature creep properties. Compositional and microstructural analysis results for high-temperature corrosion and TGO defects in the blade coating layer used at high temperatures are expected to be applied to sound YSZ coating and blade design technology.
니켈기 주조용 합금 738LC를 816$^{\circ}C$와 982$^{\circ}C$에서 크리프 파단 시험과 열간 노출시험을 통해 온도와 응력 변화에 따른 파단양상, 탄화물과 $\sigma$상의 석출 거동에 대해 조사하였다. 816$^{\circ}C$/440MPa에서는 크리프 파단양상이 전단변형에 의한 입내파괴를 나타내었으나, 982$^{\circ}C$/152MPa에서는 표면과 접하는 결정입계에서 입계산화에 의해 표면에너지의 감소로 균열이 나타나 진행되는 입계파괴가 나타났다. M(sub)23C(sub)6 탄화물이 816$^{\circ}C$에서는 주로 결정입계에서와 전단변형에 의한 입내균열을 따라 석출하였으나, 982$^{\circ}C$에서는 결정입계 뿐만 아니라 입내에서는 석출하였으며 석출양은 증가하였다. $\sigma$상은 Cr(sub)23C(sub)6 탄화물에서 핵생성 후 기지로 성장하며, 온도가 높고 응력이 주어지면 Cr(sub)23C(sub)6 탄화물의 양이 증가하여 $\sigma$상의 석출도 많아졌다.
Based on the principle of complementary energy an analytical method is developed for determining thermal stress distribution in an thermal barrier coating. This method gives the stress distributions which satisfy the stress-free boundary conditions at the edge. Numerical examples are given in order to verify the method and to investigate the thickness effects of the ZrO$_2$-8wt%Y$_2$O$_3$ top coat on the integrity of thermal barrier coating consisted of IN738LC substrate and MCrAlY bond coat.
Based on the principle of complementary energy an analytical method is developed for determining thermal stress distribution in an thermal barrier coating. This method gives the stress distributions which satisfy the stress-free boundary conditions at the edge. Numerical examples are given in order to verify the method and to investigate the thickness effects of the ZrO$_2$-8wt%Y$_2$O$_3$ top coat on the integrity of thermal barrier coating consisted of IN738LC substrate and MCrAlY bond coat.
가스터빈 핵심부품은 모두 고온고압의 열악한 환경에서 사용되므로 정기적으로 열화상태를 파악하여 신품으로의 교체 또는 재생 정비해야 한다. 그러나 국내의 재생 정비기술의 낙후로 인해 재생 가능한 고가의 부품까지 폐기, 교체함으로써 발전원가 상승의 주 요인이 되고 있다. 본 연구에서는 발전용 GT 블레이드 재료인 IN738LC 및 GTD111 판상시편에 대하여 다양한 용접 방법과 변수로 PTA 육성용접하였으며, 각 변수에 따른 미세조직 변화를 관찰하고 모의결함 시편에 대해 기계적 물성을 평가하였다.
Flat specimens of polycrystal Ni-base superalloy with U-shape notch on both sides were laser cladded by injection of IN738LC powder onto surface. The quality of cladding was investigated by microstructural analysis and high temperature tension test, creep test at 950$^{\circ}C$. Effects of heat treahnent and the angle between the tension axis and the direction of weldment were also investigated.
Based on the principle of complementary energy, an analytical method is developed which focuses on the end effects for determining thermal stress distributions in a three-layered beam. This method gives the stress distributions which completely satisfy the stress-free boundary conditions. A numerical example is given in order to verify this method. The results show that the present analytical solutions have the values of stress in excellent agreement with the solutions derived by other investigators. Using this method, the effects of the thickness of bond coat on the thermal stresses of a typical sprayed thermal barrier coating, which consists of IN738LC substrate, MCrAIY bond coat and ZrO$_2$-8wt%Y$_2$O$_3$top coat, were investigated.
HIP처리가 가스터빈 고정익 등 고온부품에 적용되는 열차폐 코팅층의 접착강도 및 고온특성에 미치는 영향을 조사하였다. 시편은 IN738LC 초합금 표면에 8wt%Y$_2$O$_3$-$ZrO_2$분말을 플라즈마 용사법으로 코팅한 후 $1200^{\circ}C$, 100MPa의 고온, 고압에서 4시간 동안 HIP 처리하여 준비하였다. 실험결과 HIP 처리된 코팅의 경우 미세균열과 기공이 상당량 감소하였으며 EDX분석을 통해 계면에서 원자간 상호확산이 발생한 것을 확인하였다. 이러한 코팅층의 치밀화 및 상호확산으로 인해 HIP처리된 코팅층의 접착강도는 48% 이상 크게 증가하였으며 조직 또한 균질화 되었다. 반면 가열과 냉각이 반복되는 환경에서 코팅층의 내구력은 HIP 처리된 경우가 다소 저하되었다. 이는 코팅과 모재와의 열팽창 차이로 인한 변형을 완화시켜주는 기공과 미세균열이 감소되었기 때문으로 판단된다.
The microstructural evolution of a cast Ni base superalloy, IN738LC, has been investigated after long term exposure at several temperatures. Most of the fine secondary ${\gamma}^{\prime}$ particles resolved after 2000 hour exposure at $816^{\circ}C$. At higher temperatures of $871^{\circ}C$ and $927^{\circ}C$, secondary ${\gamma}^{\prime}$ resolved after 1000 hours of exposure, and cuboidal primary ${\gamma}^{\prime}$ grew with exposure time. During the thermal exposure, ${\sigma}$ phase formed at all tested temperatures, and ${\eta}$ phase was observed around interdendritic regions due to carbide degeneration. The influence of microstructural evolution during thermal exposure on the mechanical properties has been analyzed. The effects of ${\gamma}^{\prime}$ particle growth are more pronounced on the high temperature creep properties than on the room temperature tensile properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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