KR100725624B1

KR100725624B1 - 니켈기 단결정 초내열합금

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Publication number: KR100725624B1
Application number: KR1020050131561A
Authority: KR
Inventors: 유영수; 조창용; 김두현; 김인수; 최백규; 서성문
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-06-08

Abstract

본 발명은 고온 크립특성 및 저주기피로 (low cycle fatigue : LCF) 특성이 향상된 니켈기 단결정 초내열합금에 관한 것이다.

본 발명에 따른 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.2%, 레늄(Re)이 3%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 6.8%, 티타늄(Ti)이 0.8%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여 제작된 초내열합금은 상용합금인 CMSX-4에 비해서 뛰어난 내열성 및 크립특성 그리고 저주기 피로수명을 갖는다.

단결정, 초내열합금, CMSX-4, 크립수명, 저주기 피로수명

Description

니켈기 단결정 초내열합금{Ni-based single crystal superalloys}

도 1은 본 발명에 의하여 제작된 단결정 초내열합금의 주조 직후 미세구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 단결정 초내열합금에 대한 균질화 열처리 후의 미세구조를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 단결정 초내열합금에 대한 시효처리 후의 미세구조와 종래의 상용합금인 CMSX-4의 미세구조를 비교하는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 초내열합금의 크립특성을 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 초내열합금의 저주기 피로수명 특성을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 니켈기 단결정 초내열합금에 관한 것으로, 특히 고온 크립특성 및 저주기피로 (low cycle fatigue : LCF) 특성이 향상된 니켈기 단결정 초내열합금에 관한 것이다.

일반적으로, 니켈기 초내열합금이란 니켈(Ni)기지에 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄티늄(Ta), 하프늄(Hf), 레늄(Re), C(탄소) 등의 다양한 합금원소가 포함된 고강도 고내열식 합금을 말하며, 주로 항공기 엔진 및 산업용 가스터빈의 핵심 부품인 터빈 블레이드와 터빈 디스트 재료로 널리 사용되고 있다.

이러한 초내열합금의 수용온도는 합금설계 및 공정개발 등을 통하여 매년 증가되고 있으며, 초내열합금이 이와 같이 고온 고강도를 유지할 수 있는 가장 큰 원인은 LI₂ 구조를 가지며, FCC 구조의 기지인 γ와 정합상태를 갖는 γ'상의 석출에 있다고 보여지고 있다.

여기서, 초내열합금은 초합금(超合金), 입자분산강화합금, 및 결정제어합금을 모두 포함하는 개념으로, 단결정 여부에 따라 단결정 초내열합금과 다결정 초내열합금으로 구분되기도 한다.

그 중에서도 단결정 초내열합금(간단히 단결정합금이라고도 한다)은 극한의 내열 환경을 만족시키는 특성을 갖고 있으며, 가스터빈엔진의 핵심부품인 단결정 터빈 블레이드 등에 널리 사용되고 있다.

한편, 이러한 단결정 합금은 다결정 초내열합금에 비해 용융점이 높기 때문에 주조시에 발생하는 조대한 석출물을 기지에 용해시키는 균질화 열처리가 가능하다.

또한, 균질화 처리로 인해 석출물이 일단 기지에 완전히 용해되면 차후의 시효 열처리에 의해 석출물들을 이상적인 형상으로 석출시킬 수 있는데, 이로 인해 단결정 초내열합금은 고온에서 우수한 기계적 특성을 갖게 된다.

이러한 단결정합금은 레늄(Re)의 함량에 따라 통상 세 가지 세대로 구분된다.

제 1세대 단결정 합금은 레늄(Re)을 포함하지 않는 합금으로 롤스로이스사에서 개발된 SRR99 나 프랫휘트니사에서 개발된 PWA 1480 등이 이에 해당한다.

제 2세대 단결정 합금에는 레늄(Re)이 무게비로 약 3% 첨가되어 있는 합금으로 캐논 무스케곤사에서 개발된 CMSX-4와 롤스로이스에서 개발된 SRR200이 제 2세대의 대표적인 합금이다.

마지막으로 캐논무스케곤사와 프랫휘트니사에서 개발된 제 3세대 단결정 합금에는 레늄(Re)이 무게비로 약 6% 첨가되어 있다.

이러한 단결정합금 개발은 미국이나 영국쪽에서는 지난 수십년간의 금속학적 경험을 중시하여 진행되고 있고 일본에서는 기존 데이터의 회귀분석(회귀분석에서는 먼저 기존의 실험데이터로 데이터베이스 구축을 한 후 통계적으로 모델링 하여, 미지의 합금조성을 입력했을때 원하는 특성값을 계산해 낼 수 있도록 시스템을 구축한다)을 통한 컴퓨터 계산으로 진행되고 있다.

그러나, 위에서 언급한 금속학적 경험에 의한 합금개발은 연구원들의 경험, 노하우에 따를 수 밖에 없다는 문제점이 있고, 회귀분석은 합금조성에 대해서 주로 선형적으로 수행되기 때문에 초내열합금과 같은 복잡한 합금계에서는 정확한 특성을 예측하기 어렵다는 한계를 갖고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인공지능 컴퓨터 합금설계 프로그램을 활용하여 제조한 초내열합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래의 초내열합금보다 크립수명과 저주기 피로수명이 우수한 새로운 초내열합금을 제공하고자 한다.

이를 위하여, 본 발명은 레늄(Re)이 무게비로 약 3% 존재하는 2 세대 단결정 합금과 레늄(Re)이 무게비로 약 6% 존재하는 3세대 단결정 합금으로서 최적의 조성비를 갖는 초내열합금을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 제 1 실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.2%, 레늄(Re)이 3%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 6.8%, 티타늄(Ti)이 0.8%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제 2실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.6%, 레늄(Re)이 3%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 6.8%, 티타늄(Ti)이 0.8%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제 3실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬 (Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.2%, 레늄(Re)이 3%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 7.4%, 티타늄(Ti)이 0.8%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제 4실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 4%, 크롬(Cr)이 5%, 텅스텐(W)이 1%, 레늄(Re)이 6%, 알루미늄(Al)이 6.5%, 탄티늄(Ta)이 9%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제 5실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.2%, 레늄(Re)이 6%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 7.4%, 티타늄(Ti)이 0.8%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제 6실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.2%, 레늄(Re)이 3%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 6.8%, 티타늄(Ti)이 0.8%, 하프늄(Hf)가 0.1%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제 7실시예인 니켈기 단결정 초내열합금은 코발트(Co), 크롬 (Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti), 플라티늄(Pt) 및 니켈(Ni)로 구성되며, 무게비로 코발트(Co)가 12%, 크롬(Cr)이 4%, 몰리브덴(Mo)이 2%, 텅스텐(W)이 4.2%, 레늄(Re)이 3%, 알루미늄(Al)이 6.2%, 탄티늄(Ta)이 7.4%, 티타늄(Ti)이 0.8%, 플라티늄(Pt)가 0.1%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 각 실시예에 따른 상기 니켈기 단결정 초내열합금을 구성하는 각 구성원자중 적어도 하나 이상에 대하여 그 무게비를 약 10%범위내에서 변경하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 니켈기 단결정 초내열합금의 (텅스텐(W)+레늄(Re))/탄티늄(Ta) 비율은 1.25 이하이고, (텅스텐(W)+몰리브덴(Mo)+탄티늄(Ta)+레늄(Re))의 무게비는 15.0 이상인 것을 특징으로 한다

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 단결정 초내열합금의 제조는 기존의 합금설계 프로그램의 단점을 보완한 인공지능 합금설계 프로그램(프로그램등록 2001-01-12-4848, “Neural Network 초내열합금 합금설계 프로그램(Neural Network alloy Design Program ; 이하 NNADP)”, 19 July 2001: 저작권자는 본 출원인)을 이용하여 최적의 단결정 초내열합금의 합금비를 추출하는 과정(합금 설계 과정)과, 진공 유도용해 방법에 의하여 모합금을 제조하는 과정(합금제조 과정)과, 그 제조된 모합금으로부터 단결정을 취하는 과정(단결정 제조 과정)과, 단결정에 대한 성능 분석 과정(시험 분석 과정)으로 이루어진다.

먼저, 합금 설계 과정에 관련하여 본 발명에서 사용한 NNADP는 합금의 조성과 크립시험조건(온도/응력)을 입력하면 합금의 열역학 및 기계적 특성 등을 기존의 실험결과에 근거하여 산출해 내는 프로그램으로서, 단결정 초내열함금의 크립수명예측(creep life prediction) 및 합금 설계에 매우 유용한 프로그램이다. 참고로, 본 발명에서 사용한 NNADP는 인공지능(neural network) 기법을 이용하여 단결정 합금에서 가장 중요한 특성인 크립수명을 예측할 수 있기 때문에 다중회귀분석에 의존하는 종래의 합금설계 프로그램에 의하여 예측되는 합금의 크립수명보다 더 정밀함이 입증된 바 있다.

본 발명자는 합금설계와 관련하여 상기 NNADP를 이용하여 제 2 세대의 대표 주자인 CMSX-4의 조성을 중심으로 10여만 조성을 1차적으로 계산하여 선별하는 과정을 먼저 수행하였다.

다음, 상기 10여만 합금중에서 i) γ' 부피분율이 0.62 ~ 0.68 범위내, ii) 상안정성의 척도인 Barrow's criteria 0.0 이상, iii) 열처리 온도구간 40 ^oC 이상, iv) 프레클(freckle) 결함 억제 조건인 (텅스텐(W)+레늄(Re))/탄티늄(Ta) 비율은 1.25 이하, v) 내화원소 총 함량 (텅스텐(W)+몰리브덴(Mo)+탄티늄(Ta)+레늄(Re))은 15.0 이상인 조건을 모두 만족하는 합금을 선별하였다.

이 중에서 가장 높은 크립 강도를 갖는 조성을 검색한 후, 이에 해당하는 합금의 조성비를 보다 세밀하게 재설정하여 다시 서로 다른 조성비를 갖는 1,100여만 합금에 대한 정보를 구하는 2차계산을 실시하였다.

2차 계산 후, 상술한 1차 계산과 동일하게 상기 i)~ v)의 조건을 모두 만족하는 합금들을 다시 선별하였다. 참고로, 1, 2차 계산에 따른 합금은 NNADP에 의해 γ' 부피분율, 상안정성, 열처리 온도구간, 프레클(freckle) 결함 방지, 고용강화 효과, 그리고 높은 고온 크립 강도를 갖는지 유무에 대하여 모두 체크되면서 선별되었다.

아래의 표 1은 2차계산 후 1차계산에서와 마찬가지의 선별을 거쳐 최종 선정된 7가지 초내열합금의 조성(무게비)을 나타낸다. 참고로, 표1은 본 발명에 따른 최적의 조성을 갖는 초내열합금의 일예에 불과하며, 각각의 초내열합금의 구성원소의 무게비는 표1을 기준으로 대략 5내지 10% 정도의 오차를 가질 수 있다.

	코발트 (Co)	크롬 (Cr)	몰리브덴 (Mo)	텅스텐 (W)	레늄 (Re)	알루미늄 (Al)	탄티늄 (Ta)	티타늄 (Ti)	기타	니켈 (Ni)
합금A	12.0	4.0	2.0	4.2	3.0	6.2	6.8	0.8	0.0	Bal
합금B	12.0	4.0	2.0	4.6	3.0	6.2	6.8	0.8	0.0	Bal
합금C	12.0	4.0	2.0	4.2	3.0	6.2	6.8	0.8	0.1Hf	Bal
합금D	12.0	4.0	2.0	4.2	3.0	6.2	7.4	0.8	0.0	Bal
합금E	4.0	5.0	0.0	1.0	6.0	6.5	9.0	0.0	0.0	Bal
합금F	12.0	4.0	2.0	4.2	3.0	6.2	7.4	0.8	0.1Pt	Bal
합금G	12.0	4.0	2.0	4.2	6.0	6.2	7.4	0.8	0.0	Bal

표 1에서, 합금A 내지 합금G는 각 조성비에 따른 초내열합금의 임시 명칭이다.

이들 초내열합금의 특징을 살펴보면 합금A, 합금B, 합금C, 합금D, 및 합금F는 레늄(Re)의 함량이 제 2세대 상용합금인 CMSX-4와 같은 3.0wt%로서 모두 제 2세대 단결정 합금군으로 분류될 수 있는 한편, 코발트(Co)의 함량이 상대적으로 높고 크롬(Cr)의 함량이 상대적으로 낮은 점에 미루어 미국에서 개발된 제 3세대 단결정 합금(특히 CMSX-10)의 조성과 유사함을 알 수 있다.

한편, 합금E와 합금G는 레늄(Re)의 함량이 6.0텅스텐wt%이므로 제 3세대 단결정 합금으로 분류할 수 있을 것이다.

표1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 초내열합금의 조성 범위는 무게비로 코발트(Co)가 약 11.0에서 13.0%, 크롬(Cr)이 약 3.0에서 5.0%, 몰리브덴(Mo)이 약 1.0 에서 2.0%, 텅스텐(W)이 3.0에서 5.0%, 레늄(Re)이 약 2.5에서 3.5%, 알루미늄(Al)이 약 5.5에서 6.5 %, 탄티늄(Ta)이 약 6.0에서 8.0%, 티타늄(Ti)이 약 0.5에서 1.0%, 하프늄(Hf)이 약 0.0에서 0.2%이고, 나머지가 니켈(Ni)이다.

보다 바람직한 조성비로는 코발트(Co)가 12.0 %, 크롬(Cr)이 4.0 %, 몰리브덴(Mo)이 2.0 %, 텅스텐(W)이 약 4.2 에서 4.6%, 레늄(Re)이 3.0%, 알루미늄(Al)이 6.2 %, 탄티늄(Ta)이 6.8 에서 7.4%, 티타늄(Ti)이 0.8 %, 하프늄(Hf)이 0.0 에서 0.1 %, 나머지는 Ni일 수 있다.

그러나, 이러한 조성비는 단지 일예에 불과하며, 각 구성원소의 무게비는 상황에 따라 대략 10% 범위내에서 변경 가능하며(예컨대, 코발트(Co)가 a%라면 코발트의 무게비의 범위는 대략 (a－a×0.1)~(a+a×0.1)이다), 실험에 의하면 크립 수명 등과 같은 기계적 특성이 상술한 합금A~G와 큰 차이가 없었다.

다음, 상기 각 조성에 따른 초내열합금에 대해 통상의 진공 유도용해 방법에 의해 모합금을 제작하였다. 상기 진공 유도용해 방법은 당업자에게 주지되어 있는 합금 제조 방법이므로 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.

다음, 상기 진공 유도용해 방법에 의하여 실제 제작된 7가지의 모합금 각각에 대하여 일방향 응고로를 이용하여 단결정 시편을 제작하였다.

보다 구체적으로 설명하면, 브릿지만 방법에 의하여, 하나의 몰드에 직경 15 mm, 길이 180 mm의 봉상시편이 6개 붙어있는 단결정 몰드를 이용하여 3.8 mm/min 의 속도로 인출하여 모합금 각각에 대한 단결정 시편을 제작하였다.

주조가 완료된 시편은 표면처리와 매크로 에칭을 통하여 모두 단결정으로 성장하였음을 확인하였다.

제작된 단결정의 주조직후의 미세구조의 일예를 도 1에 도시하였다.

도 1에서, 좌측 도면은 합금A에 대한 단결정 주조직후의 미세구조이고, 우측 도면은 합금D에 대한 단결정 주조직후의 미세구조이다.

도 1의 단결정 미세구조로부터 측정한 결과, 초내열합금의 평균 수지상간 거리(interdendritic spacing)는 약 320μm 이었고 수지상간 영역에는 조대한 γ'가 형성되는 등 전형적인 단결정합금의 주조조직이 발현됨을 알 수 있었다.

다음, 주조가 끝난 시편들은 최적의 특성을 얻기 위하여 각 단결정 합금에 대하여 아래와 같은 조건하에서 균질화 열처리를 하였다. 참고로, 본 발명에 따른 열처리 조건은 합금의 국부적 용해를 최대한 억제하고 조대한 γ'를 용해시키는 조건으로 수행하였다.

본 실험에 의한 균질화 열처리 과정은 다음과 같다.

① 1260 ^oC 까지 가열, 10 분간 유지

②1288 ^oC 까지 30 ^oC/hour 의 속도로 가열

③ 1320 ^oC 까지 6 ^oC/hour 의 속도로 가열

④ 1320 ^oC 에서 6 시간동안 유지

⑤ 가스팬에 의한 냉각

도 2는 본 발명에 따라 제작된 단결정 합금에 대한 균질화 열처리후의 미세 구조를 보여주는 도면으로, 좌측 및 우측 도면 각각은 상기 ①내지 ⑤의 균질화 열처리 과정을 마친 초내열합금A와 초내열합금C의 미세구조이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 수지상간 영역에 미세한 기공이 발견되기는 하지만 전반적으로 양호한 초기 단결정 구조를 보여주고 있음을 알 수 있다.

다음, 상기 균질화 열처리가 이루어진 후에는 시효 열처리를 수행하였다.

본 실험에 의한 시효 열처리 과정은 다음과 같다.

① 1140 ^oC 에서 2시간동안 유지후 가스팬에 의한 냉각

② 870 ^oC 에서 16시간동안 유지후 공냉

시효 열처리후의 초내열합금들의 γ/γ' 미세구조와 관련하여, 입방형의 γ' 들이 얇은 γ막으로 분리되어 규칙적으로 배열된 전형적인 단결정 미세구조를 갖고 있음을 관찰할 수 있었다.

도 3에 시효 열처리후의 초내열합금중 합금C와 종래의 CMSX-4의 γ/γ' 미세 구조를 비교한 도면을 도시하였다. 도 3에서, 좌측 도면은 본 발명에 따른 합금C의 미세 구조를 나타내고, 우측 도면은 CMSX-4이 미세 구조를 나타낸다. 도면으로 알 수 있듯이, 양자간의 미세 구조가 매우 유사함을 알 수 있다.

나머지 초내열합금에 대한 미세 구조를 모두 보여 주지는 않았지만, 본 발명에서 얻은 신 개발합금들은 대표적인 제 2세대 단결정합금인 CMSX-4 와 유사한 미세구조를 가짐을 볼 수 있었다.

다음, 열처리가 완료된 시편에 대하여 기계적 특성인 크립 수명과 저주기 피로수명에 대한 테스트를 하기 위하여 시편가공을 하였다.

아래의 표 2는 종래의 CMSX-4와 본 발명에 따른 합금A~합금G의 크립 수명 및 저주기 피로 수명에 대한 비교표로서, 특히 온도 950^oC, 응력 355 MPa의 조건에서 수행한 크립 수명 및 온도 950^oC, 응력 580MPa인 상태에서 0.25Hz, R ratio 0의 조건으로 수행한 저주기 피로시험의 결과로서 CMSX-4의 고온 기계적 특성과 초내열합금의 크립특성을 비교해 볼 수 있다.

합금	크립수명(시간) (950℃, 355MPa)	저주기 피로수명(cycle) (950℃, 580MPa, 0.25Hz, R=0)
CMSX-4	73	31,182
합금A	143	16,460
합금B	171	25,647
합금C	127	17,179
합금D	205	22,388
합금E	159	48,086
합금F	148	67,943
합금G	77	-

표 2로부터 알 수 있듯이, 합금G 를 제외하고는 본 발명에서 제안하는 합금A~합금F의 크립수명이 상용합금인 CMSX-4보다 우수함을 알 수 있으며, 저주기 피로수명에 있어서는 합금E 및 합금F가 상용합금인 CMSX-4보다 우수함을 알수 있다.

한편, 950^oC 355 MPa의 조건에서 수행한 크립 시험의 크립곡선을 도 4에 도시하였으며, 온도 950^oC, 응력 580MPa의 조건에서 0.25Hz, R ratio 0의 조건으로 수행한 저주기 피로특성의 그래프를 도 5에 합금별로 나타내었다.

표 2와 도4 및 도 5로부터 알 수 있듯이, 합금A의 최종 크립수명은 143 시간으로 CMSX-4 보다 약 2배의 수명을 보여주고 있으며 또한 합금D는 205 시간으로서 약 3배의 수명을 보여주는 등 모든 합금이 우수한 특성을 보여주었다.

한편, 제 3세대 합금으로 분류되는 합금E의 저주기 피로특성은 종래의 제 3세대 합금들에 비해 월등히 높게 나타나고 있으며 특히 상용합금인 CMSX-4의 저주기 피로특성을 훨씬 상회하고 있음을 알 수 있다.

특히, 합금F의 피로수명은 상용합금인 CMSX-4의 두배 이상으로 나타나고 있음은 주목할 만하다.

이처럼, 본 발명에 따른 초내열합금의 미세구조는 종래의 대표적인 제 2세대 단결정 합금인 CMSX-4와 유사한 반면 고온 크립 특성은 종래의 CMSX-4에 비해 2-3 배 정도 긴 수명을 가짐을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 초내열합금은 상용합금인 CMSX-4를 대체할 수 있을 정도로 뛰어난 크립 수명과 저주기 수명 주기를 갖고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하여 제작된 초내열합금은 상용합금에 비해서 뛰어난 크립특성을 갖고 있다.

특히, 동일한 온도조건에서 종래의 CMSX-4보다 긴 크립수명을 보인다는 것은 기존에 비해 높은 온도에서 사용될 수 있다는 것을 의미한다.

따라서, 본 합금으로 단결정 터빈 블레이드를 제조할 경우, 온도 수용성이 기존의 블레이드보다 높아질 것이라는 것을 충분히 예측할 수 있다.

예컨대, 항공기의 가스터빈엔진이나 산업용 가스터빈에서 터빈의 효율 및 성능을 결정짓는 가장 중요한 요소는 터빈입구온도(turbine inlet temperature: TIT) 이므로, 터빈 중에서 가장 높은 온도에 노출되는 터빈 블레이드를 본 발명에 따른 초내열합금으로 제작하는 경우 온도수용성이 증가하여 엔진 전체의 경제성과 성능향상을 기대할 수 있을 것이다.

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니켈기 단결정 초내열합금으로서,

코발트(Co), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 및 니켈(Ni)로 구성되며,

무게비로 코발트(Co)가 (14-1.4)%~(14+1.4), 크롬(Cr)이 (5-0.5)%~(5+0.5)%, 텅스텐(W)이 (1-0.1)%~(1+0.1)%, 레늄(Re)이 (6-0.6)%~(6+0.6), 알루미늄(Al)이 (6.5-0.65)%~(6.5+0.65)%, 탄티늄(Ta)이 (9-0.9)%~(9+0.9)%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 니켈기 단결정 초내열합금.
니켈기 단결정 초내열합금으로서,

코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)로 구성되며,

무게비로 코발트(Co)가 (12-0.12)%~(12+0.12)%, 크롬(Cr)이 (4-0.4)%~(4+0.4)%, 몰리브덴(Mo)이 (2-0.2)%~(2+0.2)%, 텅스텐(W)이 (4.2-0.42)%~(4.2+0.42)%, 레늄(Re)이 (6-0.6)%~(6+0.6)%, 알루미늄(Al)이 (6.2-0.62)%~(6.2+0.62)%, 탄티늄(Ta)이 (7.4-0.74)%~(7.4+0.74)%, 티타늄(Ti)이 (0.8-0.08)%~(0.8+0.08)%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 니켈기 단결정 초내열합금.
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니켈기 단결정 초내열합금으로서,

코발트(Co), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 레늄(Re), 알루미늄(Al), 탄티늄(Ta), 티타늄(Ti), 플라티늄(Pt) 및 니켈(Ni)로 구성되며,

무게비로 코발트(Co)가 (12-0.12)%~(12+0.12)%, 크롬(Cr)이 (4-0.4)%~(4+0.4)%, 몰리브덴(Mo)이 (2-0.2)%~(2+0.2)%, 텅스텐(W)이 (4.2-0.42)%~(4.2+0.42)%, 레늄(Re)이 (3-0.3)%~(3+0.3)%, 알루미늄(Al)이 (6.2-0.62)%~(6.2+0.62)%, 탄티늄(Ta)이 (7.4-0.74)%~(7.4+0.74)%, 티타늄(Ti)이 (0.8-0.08)%~(0.8+0.08)%, 플라티늄(Pt)가 (0.1-0.01)%~(0.1+0.01)%이고 나머지가 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 니켈기 단결정 초내열합금.
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