• Journal of Welding and Joining
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• 제34권3호
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• pp.52-60
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• 2016

Recently nickel based superalloys are extensively being regarded as the materials for the steam turbine parts for hyper super critical (HSC) power plants working at the temperature over $700^{\circ}C$, since the materials have excellent strength and corrosion resistance in high temperature. In this paper, alloy 617 of solution strengthened material and alloy 263 of ${\gamma}^{\prime}$-precipitation strengthened material were prepared as the testing materials for HSC plants each other. Post weld heat treatment (PWHT) was conducted with the gas tungsten arc (GTA) welded specimens. The microstructure of the base metals and weld metals were investigated with Electron Probe Micro-Analysis (EPMA) and Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). The experimental results revealed that Ti-Mo carbides were formed in both of the base metals and segregation of Co and Mo in both of the weld metals before PWHT and PWHT leaded to precipitation of various carbides such as Mo carbides in the specimens. Furthermore, fine ${\gamma}^{\prime}$ particles, that were not precipitated in the specimens before PWHT, were observed in base metal as well as in the weld metal of alloy 263 after PWHT.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.34-41
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• 2011

Wrought nickel-base superalloys are being considered as the structural materials in very-high temperature gas-cooled reactors. To understand the effects of impurities, especially oxygen, in helium coolant on the mechanical properties of Alloy 617, creep tests were performed in high temperature flowing He environments with varying $O_2$ contents at 800, 900, and $1000^{\circ}C$. Also, creep life in static He was measured to simulate the pseudo-inert environment. Creep life was the longest in static He, while the shortest in flowing helium. In static He, impurities like $O_2$ and moisture were quickly consumed by oxidation in the early stage of creep test, which prevented further oxidation during creep test. Without oxidation, microstructural change detrimental to creep such as decarburization and internal oxidation were prevented, which resulted in longer creep life. On the other hand, in flowing He environment, surface oxides were not stable enough to act as diffusion barriers for oxidation. Therefore, extensive decarburization and internal oxidation under tensile load contributed to premature failure resulting in short creep life. Limited test in flowing He+200ppm $O_2$ resulted in even shorter creep life. The oxidation samples showed extensive spallation which resulted in severe decarburization and internal oxidation in those environments. Further test and analysis are underway to clarify the relationship between oxidation and creep resistance.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제4권2호
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• pp.93-99
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• 2016

엔진 성능 혹은 효율의 극대화는 엔진 구성품들을 점점 더 극한의 환경에서 장시간 운용되게 요구하고 있다. 이를 위해 엔진 제작사 혹은 연구소는 초내열합금, 냉각 설계 최적화, 열차폐 코팅 개선 등의 노력과 동시에 재료 모델링, 유한요소해석, 최적설계 등의 수치 해석 기법을 적용하여 좀 더 정교한 설계 및 해석을 수행하고 있다. 본 연구에서는 연소기 뒤에 위치하는 1 단 고압터빈 노즐의 끝벽 냉각 설계와 열차폐 코팅에 따른 일방향 응고 재료인 1 단 고압터빈 블레이드의 저주기 피로 수명에 대한 영향을 고찰하고자 한다. 이를 위해 경계 조건인 고온 및 고압의 연소 가스에 의한 노즐 및 블레이드의 금속 온도는 복합 열 전달 해석을 통해 얻고, 이 결과를 받아 블레이드의 구조 해석 및 저주기 피로수명을 평가하여 노즐 냉각설계와 열차폐 코팅의 영향을 분석하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권12호
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• pp.1909-1915
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• 2010

고온의 연소가스에서 운전되는 국내 가스터빈 부품들은 매일 기동정지를 반복함으로써 열사이클에 의해 재료특성에 변화가 발생한다. 최근 많은 가스터빈 고온부품들이 단결정 초내열 합금으로 제작되어 지지만 재료열화 예측을 통한 부품 교체와 정비에 대한 기준이 없어서 대부분 제작사에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 향후 수명평가와 손상분석의 기초자료로 활용하기 위해 실제 운전된 가스터빈 1 단 블레이드의 열화상태를 조사하였다. 사용한 블레이드는 25,000 및 52,000 의 등가운전시간(EOH : Equivalent Operating Hour)을 가졌으며, 재질은 단결정 초내열합금인 CMSX-4 이다. 사용된 블레이드에서 직접 시험편을 채취하여 기계적특성 시험 및 미세조직을 관찰하였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제9권6호
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• pp.441-448
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• 2002

Dispersions of non-soluble ceramic particles in a metallic matrix can enhance the strength and heat resistance of materials. With the advent of mechanical alloying it became possible to put the theoretical concept into practice by incorporating very fine particles in a flirty uniform distribution into often oxidation- and corrosion- resistant metal matrices. e.g. superalloys. The present paper will give an overview about the mechanical alloying technique as a dry, high energy ball milling process for producing composite metal powders with a fine controlled microstructure. The common way is milling of a mixture of metallic and nonmetallic powders (e.g. oxides. carbides, nitrides, borides) in a high energy ball mill. The heavy mechanical deformation during milling causes also fracture of the ceramic particles to be distributed homogeneously by further milling. The mechanisms of the process are described. To obtain a homogeneous distribution of nano-sized dispersoids in a more ductile matrix (e.g. aluminium-or copper based alloys) a reaction milling is suitable. Dispersoid can be formed in a solid state reaction by introducing materials that react with the matrix either during milling or during a subsequent heat treatment. The pre-conditions for obtaining high quality materials, which require a homogeneous distribution of small dis-persoids, are: milling behaviour of the ductile phase (Al, Cu) will be improved by the additives (e.g. graphite), homogeneous introduction of the additives into the granules is possible and the additive reacts with the matrix or an alloying element to form hard particles that are inert with respect to the matrix also at elevated temperatures. The mechanism of the in-situ formation of dispersoids is described using copper-based alloys as an example. A comparison between the in-situ formation of dispersoids (TiC) in the copper matrix and the milling of Cu-TiC mixtures is given with respect to the microstructure and properties, obtained.

• 한국분말재료학회지
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• 제20권4호
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• pp.264-268
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• 2013

Nickel-based superalloy IN 713C powders have been consolidated by hot isostatic pressing (HIPing). The microstructure and mechanical properties of the superalloys were investigated at the HIPing temperature ranging from $1030^{\circ}C$ to $1230^{\circ}C$. When the IN 713C powder was heated above ${\gamma}^{\prime}$ solvus temperature (about $1180^{\circ}C$), the microstructure was composed of the austenitic FCC matrix phase ${\gamma}$ plus a variety of secondary phases, such as ${\gamma}^{\prime}$ precipitates in ${\gamma}$ matrix and MC carbides at grain boundaries. The yield and tensile strengths of HIPed specimens at room temperature were decreased while the elongation and reduction of area were increased as the processing temperature increased. At $700^{\circ}C$, the strength was similar regardless of HIPing temperature; however, the ductility was drastically increased with increasing the temperature. It is considered that these properties compared to those of cast products are originated from the homogeneity of microstructure obtained from a PM process.

• 한국재료학회지
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• 제14권11호
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• pp.813-820
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• 2004

The electrolytic reduction of spent oxide fuel involves the liberation of oxygen in a molten LiCl electrolyte, which is a chemically aggressive environment that is very corrosive for typical structural materials. So, it is essential to choose the optimum material for the process equipment handling molten salt. In this study, corrosion behavior of Haynes 263, 75, and Inconel X-750, 718 in molten salt of $LiCl-Li_{2}O$ under oxidation atmosphere was investigated at $650^{\circ}C\;for\;72\sim360$ hours. At $3\;wt\%\;of\;Li_{2}O$, Haynes 263 alloy showed the highest corrosion resistance among the examined alloys, and up to $8\;wt\%\;of\;Li_{2}O$, Haynes 75 exhibited the highest corrosion resistance. Corrosion products were formed $Li(Ni,Co)O_2,\;LiNiO_2\;and\;LiTiO_2\;and\;Cr_{2}O_3$ on Haynes 263, $Cr_{2}O_3,\;NiFe_{2}O_4,\;LiNiO_2,\;Li_{2}NiFe_{2}O_4,\;Li_{2}Ni_{8}O_10$ and Ni on Haynes 75, $Cr_{2}O_3,\;(Al,Nb,Ti)O_2,\;NiFe_{2}O_4,\;and\;Li_{2}NiFe_{2}O_4$ on Inconel X-750 and $Cr_{2}O_3,\;NiFe_{2}O_4\;and\;CrNbO_4$ on Inconel 718, respectively. Haynes 263 showed local corrosion behavior and Haynes 75, Inconel X-750, 718 showed uniform corrosion behavior.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권7호
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• pp.653-658
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• 2016

가스터빈엔진의 고온 부품은 초내열 합금 재료를 이용하며, 냉각설계 적용으로 형상이 복잡하여 정밀 주조 과정을 거치게 된다. 터빈 부품에 주로 적용이 되는 일방향 응고 및 단결정 재료는 제조 과정에서 결정립 성장 방향이 설계와 다르게 섭동을 가지게 되며, 이는 각 방향에 대한 재료 상수의 섭동을 유발하여 응력 분포의 변화와 함께 피로 수명에 큰 산포를 야기하게 된다. 본 연구에서는 일방향 응고 재료 노즐에 대하여 결정립 성장 방향의 섭동에 대한 구조 건전성의 영향을 저주기 피로 수명을 통해 확인하여, 향후 제작 허용값에 대한 제안 및 좀 더 정교한 통계적 접근이 필요함을 확인하고자 한다. 이를 위해 복합 열전달 해석을 통해 금속 온도 분포를 계산하고 이를 근거로 구조 해석 및 저주기 피로 수명을 계산하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권4호
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• pp.427-436
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• 2014

이 연구에서는 STD61 열간금형강 상부에 생성되는 하드페이싱층에 적합한 하드페이싱 재료와 두께를 3 차원 비정상 열전달 및 열응력 해석을 통하여 예측하고자 한다. Stellite6, Stellite21과 19-9DL 초합금을 하드페이싱 재료로 적용하였다. 하드페이싱 재료와 두께가 하드페이싱된 시편 내부 온도, 열응력 및 변형률 분포 변화에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이 결과로부터 큰 열전도도를 가지는 재료로 얇은 하드페이싱 층을 생성하는 것이 열전달 특성 측면에서는 효과적인 것을 알 수 있었다. 또한, Stellite21 초합금으로 2 mm 두께의 하드페이싱부를 STD61 열간 금형강 상부에 생성할 경우, 하드페이싱부와 기저부의 경계부에서 유효응력 및 주변형률 편차가 최소화됨을 알 수 있었다. 이 결과들로부터 STD61 열간금형강에 적합한 하드페이싱 재료와 두께를 예측할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제10권2호
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• pp.128-137
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• 2000

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.