KR102299907B1 - THE FORGING DIE INTERNAL HEATING METHOD AND MANUFACTURING METHOD Ti-Al ALLOY INGOT BILLET USING FORGING DIE INTERNAL HEATING METHOD - Google Patents

THE FORGING DIE INTERNAL HEATING METHOD AND MANUFACTURING METHOD Ti-Al ALLOY INGOT BILLET USING FORGING DIE INTERNAL HEATING METHOD Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부 가열 방식의 단조 장치 및 이를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압연 판재 및 성형 응용 부품 제조에 적합한 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하기 위해 방사형의 단조 다이 내부에 고주파 유도 가열코일이 위치하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 제시하고, 이 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용하여 Ti-Al 합금의 밀도는 낮추면서 베타(β)상을 포함함으로써 고온 성형성을 향상시킨 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a forging apparatus of an internal heating method and a method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using the same, and more particularly, to a radial forging die inside for manufacturing a Ti-Al alloy billet suitable for manufacturing a rolled plate and forming application parts. A high-frequency induction heating coil is presented in a forging device of an internal heating method, and by using the forging device of an internal heating method, the density of the Ti-Al alloy is lowered and the high-temperature formability is improved by including the beta (β) phase. It relates to a method for manufacturing a Ti-Al alloy billet.

Description

내부 가열 방식의 단조 장치 및 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법{THE FORGING DIE INTERNAL HEATING METHOD AND MANUFACTURING METHOD Ti-Al ALLOY INGOT BILLET USING FORGING DIE INTERNAL HEATING METHOD}TECHNICAL FIELD

본 발명은 압연 판재 및 성형 응용 부품 제조를 위해 Ti-Al 합금의 밀도는 낮추면서 베타 상을 포함하여 고온 성형성을 향상시킬 수 있는 Ti-Al 합금 빌렛이 형성 가능한 내부 가열 방식의 단조 장치 및 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides a forging device and an internal heating method capable of forming a Ti-Al alloy billet that can improve high-temperature formability, including beta phase, while lowering the density of Ti-Al alloy for manufacturing rolled plate materials and forming application parts It relates to a method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using a heating type forging apparatus.

일반적으로 Ti-Al 합금은 차세대 경량내열재료로서 주목 받고 있는 금속간화합물(intermetallic compound)의 일종으로서, 자동차 터보차저 또는 항공기용 터빈블레이드 등의 고온 특성을 요구하는 부품들의 소재로 적용되고 있다. Ti-Al 합금은 Ti3Al을 10% 정도 포함하고 있는 2상(two-phase)합금으로서, 통상적인 용해응고법으로 제조하면 TiAl(γ)+Ti3Al(α2)의 2상으로 이루어지는 층상조직(lamellar structure)의 잉곳(ingot)을 얻게 된다. 그러나 이러한 Ti-Al 합금은 고온에서의 성형성이 부족하여 주조공정을 통한 부품 제조만이 가능한 문제점을 가진다.In general, Ti-Al alloy is a kind of intermetallic compound that is attracting attention as a next-generation lightweight heat-resistant material, and is applied as a material for parts requiring high-temperature characteristics, such as automobile turbochargers or aircraft turbine blades. Ti-Al alloy is a two-phase alloy containing about 10% of Ti 3 Al. When manufactured by a conventional solution and solidification method, TiAl(γ)+Ti 3 Al(α 2 ) is a layered layer consisting of two phases. An ingot of lamellar structure is obtained. However, these Ti-Al alloys have a problem that only parts can be manufactured through a casting process due to lack of formability at high temperatures.

또한, Ti-Al의 층상조직은 파괴인성, 피로강도, 크리프강도가 우수해서 Ti-Al을 경량고온재료로서 실용화하는데 유용한 특성을 제공하는 것으로 알려져 있으나, 상온에서 매우 취약하여 상용화에 걸림돌이 되는 문제점을 가지며, 상온에서의 연성 부족이 압축성형 등의 가공재 또는 주조재로 사용하는데 가장 큰 장애요소로 알려져 있다. 이러한 연성부족의 가장 큰 원인은 층상경계면(lamellar boundary)에 수직한 방향으로 응력이 작용할 때 경계면에서의 분리현상(delamination)이 일어나기 때문인 것으로 알려져 있다.In addition, the layered structure of Ti-Al is known to provide useful properties for practical use of Ti-Al as a light-weight and high-temperature material due to its excellent fracture toughness, fatigue strength, and creep strength. It is known that the lack of ductility at room temperature is the biggest obstacle to using it as a processing material or casting material such as compression molding. It is known that the biggest cause of this lack of ductility is that delamination occurs at the interface when stress is applied in the direction perpendicular to the lamellar boundary.

또한, Ti-Al 합금 잉곳을 빌렛으로 제조하기 위한 단조 프레스 작업 시, 종래기술의 경우, Ti-Al 합금 빌렛을 만들기 위해서는 먼저 진공 아크 재용융(Vacuum Arc Remelting, VAR) 장비를 통해 잉곳을 제작하고, 진공 아크 재용융(VAR)으로 용해한 잉곳을 단조 작업을 실시하여 제작하게 된다. 이때, Ti-Al 합금은 고온에서 단조를 해야 균열(crack)이 발생하지 않기 때문에 전기로에서 1400℃ 온도로 가열한 후 꺼내어 단조 실시하게 된다. 이 과정에서, 온도 보정을 위해 단조 중 온도가 떨어지면 다시 전기로에 넣고 가열한 후, 재단조하며 이러한 작업을 반복적으로 실시하여 원하는 형태의 빌렛을 제작하게 된다.In addition, during forging press work for manufacturing Ti-Al alloy ingots into billets, in the case of the prior art, in order to make Ti-Al alloy billets, the ingots are first manufactured through vacuum arc remelting (VAR) equipment and , the ingot melted by vacuum arc remelting (VAR) is produced by forging. At this time, since the Ti-Al alloy must be forged at a high temperature to avoid cracks, it is heated to a temperature of 1400° C. in an electric furnace and then taken out and forged. In this process, when the temperature drops during forging for temperature compensation, it is put into an electric furnace again and heated, then forged and repeatedly performed to manufacture a billet of a desired shape.

그러나 종래기술의 경우, 단조 작업 중 잉곳의 온도 유지가 어려워 작업 중 온도 저하로 인해 단조 작업 중 균열(crack)이 빈번히 발생되는 문제점이 있었다.However, in the case of the prior art, it is difficult to maintain the temperature of the ingot during the forging operation, and cracks frequently occur during the forging operation due to the temperature drop during the operation.

한국등록특허 제10-0644880호Korean Patent Registration No. 10-0644880

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 압연 판재 및 성형 응용 부품 제조를 위해 고중량 원소인 니오븀(Nb), 텅스텐(W) 등의 첨가량을 낮추어, Ti-Al 합금의 밀도는 낮추면서 베타상을 포함하여 고온 성형성을 향상시킨 가공재용 또는 주조재용 Ti-Al 합금 잉곳을 제조할 수 있도록 하는 내부 가열 방식 단조 다이를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to reduce the addition amount of heavy elements such as niobium (Nb), tungsten (W), etc., which are heavy elements for manufacturing rolled plates and molded application parts, while lowering the density of the Ti-Al alloy in order to solve the above-mentioned conventional problems. It is to provide an internal heating type forging die capable of manufacturing a Ti-Al alloy ingot for a workpiece or a cast material with improved high-temperature formability, including beta phase.

또한, 발명은 Ti-Al 합금 빌렛 제조를 단조 작업 시 Ti-Al 합금 잉곳의 온도 유지가 용이하도록 단조 다이를 가열하며 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조할 수 있도록 하는 내부 가열 방식 단조 다이를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the invention provides an internal heating method forging die that allows the production of Ti-Al alloy billets by heating the forging die and performing forging so as to easily maintain the temperature of the Ti-Al alloy ingot during the forging operation of manufacturing the Ti-Al alloy billet. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 내부 가열 방식 단조 장치는, 단면이 원형인 합금 잉곳, 및 상기 합금 잉곳을 둘러싼 단조 다이를 포함하고, 상기 단조 다이의 일측면은 상기 합금 잉곳과 마주하고, 상기 일측면과 마주하는 타측면이 형성되고, 상기 일측면과 상기 타측면을 연결하는 상기 단조 다이의 좌측면 및 우측면이 형성되며, 상기 단조 다이의 일측면과 타측면 사이에 고주파 유도 가열코일이 위치하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the internal heating type forging apparatus of the present invention includes an alloy ingot having a circular cross section, and a forging die surrounding the alloy ingot, and one side of the forging die faces the alloy ingot and , the other side facing the one side is formed, the left side and the right side of the forging die connecting the one side and the other side are formed, and a high frequency induction heating coil between one side and the other side of the forging die It is characterized in that it is located.

상기 단조 다이의 좌측면 및 우측면에는 상기 단조 다이와 인접한 단조 다이 간에는 상기 좌측면 또는 상기 우측면에 경사면이 추가적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that an inclined surface is additionally formed on the left side or the right side between the forging die and the adjacent forging die on the left side and the right side of the forging die.

본 발명의 내부 가열 방식 단조 장치에서 상기 단조 다이는 방사형으로 4개로 이루어진 것이 바람직하다.In the internal heating type forging apparatus of the present invention, the forging die is preferably made of four radially.

또 다른 본 발명의 목적을 달성하기 위해 상기 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법은, (a) Ti-Al 합금 원소 준비 단계, (b) 준비된 Ti-Al 합금 원소를 프레스 가공하여 Ti-Al 합금 브리켓을 제조하는 단계, (c) 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 용융하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 단계, 및 (d) 내부 가열 방식의 단조 장치로 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 단조하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve another object of the present invention, the method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using the forging device of the internal heating method includes (a) a Ti-Al alloy element preparation step, (b) press the prepared Ti-Al alloy element manufacturing a Ti-Al alloy briquette by processing, (c) vacuum arc melting the Ti-Al alloy briquette to produce a Ti-Al alloy ingot, and (d) the Ti-Al alloy briquette with an internal heating forging device and forging an Al alloy ingot to produce a Ti-Al alloy billet.

본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법에서 상기 (a) 단계는, 티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al)을 포함하고, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 규소(Si), 탄소(C), 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상의 합금 원소가 기설정된 혼합비율을 가지도록 상기 Ti-Al 합금 원소를 준비할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 Ti-Al 합금 원소는 상기 티타늄(Ti) 44 at% 내지 46 at%, 상기 알루미늄(Al) 44 at% 내지 46 at%을 포함하고, 상기 합금 원소로 상기 몰리브덴(Mo) 0 at% 초과 0.6 at% 이하, 상기 니오븀(Nb) 0 at% 초과 10 at% 이하, 상기 텅스텐(W) 0 at% 초과 5 at% 이하, 상기 크롬(Cr) 0 at% 초과 2 at% 이사, 상기 규소(Si) 0 at% 초과 1 at% 이하, 및 상기 탄소(C) 0 at% 초과 1 at% 이하 중에서 선택된 어느 하나 이상 및 잔부 기타 불가피한 불순물을 포함하는 함량으로 이루어질 수 있다.In the method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using an internal heating forging device of the present invention, the step (a) includes titanium (Ti) and aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), carbon (C), or one or more alloying elements selected from these may prepare the Ti-Al alloy element to have a predetermined mixing ratio. More preferably, the Ti-Al alloy element includes the titanium (Ti) 44 at% to 46 at%, the aluminum (Al) 44 at% to 46 at%, and the molybdenum (Mo) 0 as the alloying element more than at% and less than 0.6 at%, more than 0 at% of niobium (Nb) and less than 10 at%, more than 0 at% of tungsten (W) and less than or equal to 5 at%, more than 0 at% of chromium (Cr) and less than or equal to 2 at%, The silicon (Si) 0 at% or more and 1 at% or less, and the carbon (C) 0 at% or more and 1 at% or less selected from the group consisting of any one or more and the balance may be made of a content including other unavoidable impurities.

본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법에서 상기 (c) 단계는, 전극봉에 아크의 전류를 흘려 진공 아크 용융을 반복하는 진공 아크 재용융에 의해 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 3회 이상 반복 용융하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조할 수 있다.In the method of manufacturing a Ti-Al alloy billet using an internal heating forging device of the present invention, the step (c) is performed by applying an arc current to an electrode and repeating the vacuum arc melting by vacuum arc remelting. A Ti-Al alloy ingot can be manufactured by repeatedly melting the briquettes three or more times.

상기 (c) 단계에서 진공 아크 재용융이 3회 반복 수행될 경우에는, 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 용융에 의해 용융한 후 경화하여 1차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 1차 용융 단계, 및 상기 1차 Ti-Al 합금 잉곳을 길이 방향에 수직인 방향으로 절단한 후 용접을 통해 접합한 후 진공 아크 재용융에 의해 2차 용융한 후 경화하여 2차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 2차 용융 단계, 및 상기 2차 Ti-Al 합금 잉곳을 티그 용접을 통해 접합 후 스터브를 티그 용접한 후 상기 진공 아크 재용융에 의해 3차 용융한 후 경화하여 3차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 3차 용융 단계를 포함할 수 있다.When the vacuum arc re-melting is repeated three times in step (c), the Ti-Al alloy briquette is melted by vacuum arc melting and then hardened to prepare a first Ti-Al alloy ingot. , and after cutting the primary Ti-Al alloy ingot in a direction perpendicular to the longitudinal direction and joining through welding, then secondary melting by vacuum arc remelting and hardening to produce a secondary Ti-Al alloy ingot After the secondary melting step, and the secondary Ti-Al alloy ingot is joined through TIG welding, the stub is TIG welded, and then melted and then hardened by the vacuum arc remelting to prepare a tertiary Ti-Al alloy ingot It may include a tertiary melting step.

상기 (c) 단계에서를 통해 제조된 상기 Ti-Al 합금 잉곳은 밀도가 3.8 g/cm3 내지 4.0 g/cm3인 것이 바람직하다.The Ti-Al alloy ingot manufactured through step (c) has a density of 3.8 g/cm 3 to 4.0 g/cm 3 .

본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법에서 상기 (d) 단계는, 내부 가열 방식의 단조 장치에 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 공급하는 단계, 및 상기 내부 가열 방식의 단조 장치에서 단조 다이가 직접 가열되며, 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 단조하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.In the method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using an internal heating forging device of the present invention, the step (d) includes supplying the Ti-Al alloy ingot to an internal heating forging device, and the internal heating method. The forging die is directly heated in the forging apparatus, and forging the Ti-Al alloy ingot may include manufacturing a Ti-Al alloy billet.

본 발명은 Ti-Al 합금 빌렛 제조를 단조 작업 시 잉곳의 온도 유지가 용이하도록 내부 가열 방식 단조 다이를 가열하며 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The present invention provides an effect of making it possible to manufacture a Ti-Al alloy billet by heating an internally heated forging die to facilitate maintaining the temperature of the ingot during the forging operation of manufacturing the Ti-Al alloy billet.

또한 본 발명의 내부 가열 방식 단조 다이를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법을 통해 고중량 원소(Nb, W 등)의 첨가량을 낮추어, Ti-Al 합금의 밀도는 낮추면서 베타(β) 상을 포함하여 고온 성형성을 향상시킴으로써, 압연 판재 및 성형 응용 부품 제조에 이용할 수 있는 가공재용 또는 주조재용 Ti-Al 합금 잉곳 빌렛을 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.In addition, by lowering the amount of heavy elements (Nb, W, etc.) added through the Ti-Al alloy billet manufacturing method using the internal heating type forging die of the present invention, the density of the Ti-Al alloy is lowered, including beta (β) phase By improving the high temperature formability, it provides the effect of making it possible to manufacture a Ti-Al alloy ingot billet for a workpiece or a cast material that can be used for manufacturing rolled sheet materials and molded application parts.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 가열 방식의 단조 장치의 모식도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti-Al 합금 빌렛의 제조 방법의 순서도 이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 Ti-Al 합금 잉곳을 방사 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계(S40)의 공정도이다.
1 is a schematic diagram of an internal heating type forging device according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are flowcharts of a method of manufacturing a Ti-Al alloy billet according to an embodiment of the present invention.
4 is a process diagram of a step (S40) of manufacturing a Ti-Al alloy billet by performing spin forging on the Ti-Al alloy ingot manufactured according to an embodiment of the present invention.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and it should be understood that the present invention includes all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof exist, and include one or more other features or numbers. , it is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치 및 이를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이는 일례로서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에 설명하는 것에 한정되지 않는다.Hereinafter, the internal heating type forging apparatus of the present invention and the Ti-Al alloy billet manufacturing method using the same will be described in detail with reference to the accompanying exemplary drawings, which as an example, those skilled in the art to which the present invention pertains Since it may be implemented in different forms, the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 가열 방식의 단조 장치를 나타낸 것으로, 도 1에 나타난 것처럼 본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치(100)는, 단면이 원형인 Ti-Al 합금 잉곳(10), 및 상기 Ti-Al 합금 잉곳(10)을 둘러싼 단조 다이(101)를 포함하고, 상기 단조 다이(101)의 내부에 고주파 유도가열 코일(110)이 내장되어 위치한다.1 shows a forging apparatus of the internal heating method according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1 , the forging apparatus 100 of the internal heating method of the present invention is a Ti-Al alloy ingot having a circular cross section ( 10), and a forging die 101 surrounding the Ti-Al alloy ingot 10, wherein a high-frequency induction heating coil 110 is embedded in the forging die 101 and positioned.

상기 단조 다이(101)는 단조 다이에 삽입된 단면이 원형인 합금 잉곳(10)의 외주면을 따라 둘러쌀 수 있도록 둘 이상의 복수개가 방사형으로 배치된 단조 다이들로 구성될 수 있으며, 바람직하게 단조 다이(101)는 2개 또는 4개가 방사형으로 배치된다.The forging die 101 may be composed of two or more plural forging dies radially disposed so as to surround the alloy ingot 10 having a circular cross section inserted into the forging die 10, preferably, the forging die. Two or four (101) are arranged radially.

상기 단조 다이(101)은 일측면(101-1)이 상기 Ti-Al 합금 잉곳(10)과 마주하고, 상기 일측면(101-1)과 마주하는 타측면(101-2)이 형성되고, 상기 일측면(101-1)과 상기 타측면(101-2)을 연결하는 상기 단조 다이의 좌측면(101-3) 및 우측면(101-4)이 형성되며, 상기 단조 다이의 좌측면 및 우측면에는 상기 단조 다이와 인접한 단조 다이 간에는 상기 좌측면(101-3) 또는 상기 우측면(101-4)에 경사면(102)이 추가적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.The forging die 101 has one side 101-1 facing the Ti-Al alloy ingot 10, and the other side 101-2 facing the one side 101-1 is formed, A left side 101-3 and a right side 101-4 of the forging die connecting the one side 101-1 and the other side 101-2 are formed, and the left side and the right side of the forging die are formed. Preferably, an inclined surface 102 is additionally formed on the left side surface 101-3 or the right side surface 101-4 between the forging die and the adjacent forging die.

상기 단조 다이의 일측면(101-1)과 타측면(101-2) 사이의 내부에 고주파 유도가열 코일(110)이 내장되어 있어, 외부에서 별도의 토치를 이용한 가열을 수행하는 과정 없이 단조 다이(101)를 직접 가열하여 방사 단조를 수행한다.A high-frequency induction heating coil 110 is built in between one side 101-1 and the other side 101-2 of the forging die, so there is no external heating process using a separate torch for the forging die. (101) is directly heated to perform spinning forging.

상기 내부 가열 방식의 단조 장치(100)는, Ti-Al 합금 빌렛 제조를 단조 작업 시 합금 잉곳의 온도 유지가 용이하도록 단조 다이에 내장되어 있는 고주파 유도가열 코일을 통해 단조 다이를 직접 가열하여 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 빌렛(20)을 제조하도록 구성된다. 이에 의해 이에 의해 방사 단조 시간의 절감을 통해 Ti-Al 합금 잉곳 빌렛(20)의 생산성을 향상시킴은 물론, 제조된 Ti-Al 합금 잉곳 빌렛의 품질의 현저히 향상시키게 된다.The forging device 100 of the internal heating method directly heats the forging die through a high-frequency induction heating coil built into the forging die so that the temperature of the alloy ingot can be easily maintained during the forging operation of manufacturing the Ti-Al alloy billet. and to produce a Ti-Al alloy billet 20 . Thereby, the productivity of the Ti-Al alloy ingot billet 20 is improved by reducing the spinning forging time, and the quality of the manufactured Ti-Al alloy ingot billet is significantly improved.

상기 내부 가열 방식의 단조 장치(100)는 방사형 단조 장치에 한정되는 것은 아니며, 빌렛의 형상이나 특성에 따라 수직으로 분리된 단조 다이가 배치된 단조장치 등의 다양한 단조 장치들이 이용될 수 있다.The forging apparatus 100 of the internal heating method is not limited to a radial forging apparatus, and various forging apparatuses such as a forging apparatus in which a forging die vertically separated according to the shape or characteristic of a billet is disposed may be used.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti-Al 합금 빌렛의 제조 방법의 순서도이다.2 and 3 are flowcharts of a method of manufacturing a Ti-Al alloy billet according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 Ti-Al 합금 빌렛의 제조 방법은, (a) Ti-Al 합금 원소 준비 단계(S10), (b) 준비된 Ti-Al 합금 원소를 프레스 가공하여 Ti-Al 합금 브리켓을 제조하는 단계(S20), (c) 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 재용융하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 단계(S30), (d) 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 단조하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계(S40)를 포함한다.As shown in FIG. 2 , the manufacturing method of the Ti-Al alloy billet includes (a) a Ti-Al alloy element preparation step (S10), (b) press-working the prepared Ti-Al alloy element to form a Ti-Al alloy briquette. Manufacturing step (S20), (c) vacuum arc remelting the Ti-Al alloy briquette to prepare a Ti-Al alloy ingot (S30), (d) forging the Ti-Al alloy ingot to Ti-Al and manufacturing an alloy billet (S40).

상기 (a) 단계(S10)는, 티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al)을 포함하고, 합금 원소로 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 규소(Si), 탄소(C), 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상의 합금 원소가 기 설정된 혼합비율을 가지도록 Ti-Al 합금 원소를 준비한다. 상기 Ti-Al 합금 원소는 하기 화학식 1의 조성을 가질 수 있다.The (a) step (S10), including titanium (Ti) and aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si) as alloy elements , carbon (C), or one or more alloying elements selected from them to prepare a Ti-Al alloy element to have a predetermined mixing ratio. The Ti-Al alloy element may have a composition of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Ti-Al-XTi-Al-X

여기서, X는 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 규소(Si), 및 탄소(C) 중에서 선택되는 하나, 또는 이들 중에서 선택되는 둘 이상이다.Here, X is one selected from molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), and carbon (C), or two or more selected from these.

상기 (a) 단계(S10)는, 상기 티타늄(Ti), 알루미늄(Al)과 합금 원소들은 티타늄(Ti) 44 at% 내지 46 at%, 알루미늄(Al) 44 at% 내지 46 at%, 상기 합금 원소들로 몰리브덴(Mo) 0 at% 초과 0.6 at% 이하, 니오븀(Nb) 0 at% 초과 10 at% 이하, 텅스텐(W) 0 at% 초과 5 at% 이하, 크롬(Cr) 0 at% 초과 2 at% 이하, 규소(Si) 0 at% 초과 1 at% 이하, 탄소(C) 0 at% 초과 1 at% 이하 중에서 선택되는 어느 하나 이상 및 잔부 기타 불가피한 불순물을 포함하도록 준비될 수 있다. The (a) step (S10), the titanium (Ti), aluminum (Al) and alloying elements are titanium (Ti) 44 at% to 46 at%, aluminum (Al) 44 at% to 46 at%, the alloy As elements, molybdenum (Mo) more than 0 at% and less than 0.6 at%, niobium (Nb) more than 0 at% and less than 10 at%, tungsten (W) more than 0 at% and less than 5 at%, chromium (Cr) more than 0 at% 2 at% or less, silicon (Si) more than 0 at% and 1 at% or less, carbon (C) more than 0 at% and 1 at% or less, and the remainder may be prepared to include other unavoidable impurities.

본원발명에서 합금이 Ti-Al-X의 조성을 갖는 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하고자 할 경우, 전체 Ti-Al 합금 잉곳에서 베타(β) 상이 약 2% 내지 10% 정도가 필요한데, 만약 Ti-Al 합금 원소에서 상기 티타늄(Ti)의 함량이 44 at% 내지 46 at%의 범위를 벗어나거나, 상기 알루미늄(Al)의 함량이 44 at% 내지 46 at%의 범위를 벗어나는 경우, 베타(β) 상의 비율이 2% 내지 10% 범위를 벗어나게 되고, 결과적으로 Ti-Al 합금의 고온 성형성이 향상되지 못한다.In the present invention, if the alloy is to manufacture a Ti-Al alloy ingot having a composition of Ti-Al-X, about 2% to 10% of the beta (β) phase is required in the entire Ti-Al alloy ingot, if Ti-Al When the content of titanium (Ti) in the alloy element is out of the range of 44 at% to 46 at%, or the content of aluminum (Al) is out of the range of 44 at% to 46 at%, beta (β) phase The ratio is out of the range of 2% to 10%, and as a result, the high temperature formability of the Ti-Al alloy is not improved.

상기 Ti-Al 합금 원소에서 상기 니오븀(Nb)이 0 at% 초과 10 at% 이하로 첨가되는 것에 의해 안정한 산화알루미늄(Al2O3)의 산화막 형성을 통해 고온 내산화성이 개선되고, Ti-Al 합금 구성상인 감마(γ)상의 고온 변형 억제를 통한 인장강도 증가의 효과를 나타낸다. 그러나 상술한 함량 범위를 벗어나는 경우, 이러한 효과를 기대할 수 없게 된다.High temperature oxidation resistance is improved through the formation of an oxide film of stable aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by adding the niobium (Nb) in an amount of more than 0 at% to 10 at% or less in the Ti-Al alloy element, and Ti-Al It shows the effect of increasing the tensile strength through suppression of high-temperature deformation in the gamma (γ) phase, which is the constituent phase of the alloy. However, when out of the above-described content range, this effect cannot be expected.

상기 텅스텐(W)이 0 at% 초과 5 at% 이하로 함유되는 것에 의해, 1.12%의 가장 우수한 상태 이동 효과를 갖는 1 내지 12%의 상태 이동효과를 갖도록 텅스텐(W)이 Ti-Al 합금 내로 고용되며, 상술한 범위를 벗어나는 이러한 상태 이동 효과를 얻을 수 없게 된다.By containing the tungsten (W) in an amount of more than 0 at% and 5 at% or less, tungsten (W) is introduced into the Ti-Al alloy to have a state transfer effect of 1 to 12% with the best state transfer effect of 1.12%. is employed, and it is impossible to obtain such a state shift effect outside the above-mentioned range.

상기 크롬(Cr)을 상술한 0 at% 초과 2 at% 이하의 함량비로 첨가 시 Ti-Al 합금의 주된 구성상인 감마(γ) 상의 연신율을 증가시키는 효과를 제공한다. 크롬(Cr)의 첨가량이 상기 제시된 범위를 초과하는 경우, Ti-Al-X 합금 잉곳의 밀도가 3.8 g/cm3 내지 4.0 g/cm3를 초과하게 된다.When the chromium (Cr) is added in a content ratio of more than 0 at% and 2 at% or less as described above, it provides an effect of increasing the elongation of the gamma (γ) phase, which is the main constituent phase of the Ti-Al alloy. When the addition amount of chromium (Cr) exceeds the range given above, the density of the Ti-Al-X alloy ingot is 3.8 g/cm 3 to 4.0 g/cm 3 .

상기 규소(Si) 및 탄소(C)는 첨가 시 고온에서 층상 계면에 미세한 석출물이 형성되고, 형성된 미세한 석출물은 층상조직 변형을 억제하여 크립 강도를 증가시키고 상태도 영역을 폭넓게 활용할 수 있도록 하여 미세조직 제어에 유리한 효과를 제공하며, 층상조직의 미세화 효과를 얻을 수 있다. 상기 Ti-Al 합금 원소에서 탄소(C)를 0 at% 초과 1 at% 이하, 규소(Si)를 0 at% 초과 1 at% 이하를 함유하는 경우, Ti-Al의 탄소(C)와 규소(Si)의 고용강화 효과가 가장 우수한 조성이다.When the silicon (Si) and carbon (C) are added, fine precipitates are formed at the layered interface at high temperatures, and the formed fine precipitates inhibit layered structure deformation to increase creep strength and allow wide utilization of the phase diagram area. It provides an advantageous effect for control, and it is possible to obtain the effect of refining the lamellar structure. When the Ti-Al alloy element contains more than 0 at% and 1 at% or less of carbon (C) and more than 0 at% and 1 at% or less of silicon (Si), carbon (C) of Ti-Al and silicon ( Si) has the most excellent solid solution strengthening effect.

다시 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 (b) 단계(S20)는 상기 (a) 단계를 통해 준비된 Ti-Al 합금 원소를 프레스 가공하여 Ti-Al 합금 브리켓(briquet)을 제조하는 단계이다.Referring back to FIG. 2 , the step (b) (S20) is a step of preparing a Ti-Al alloy briquet by press-working the Ti-Al alloy element prepared in the step (a).

티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al)을 포함하고, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 규소(Si), 탄소(C), 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상의 합금 원소 혼합물들로 이루어져 상기 화학식 1에 나타낸 Ti-Al-X 조성의 Ti-Al 합금 판재 프레스로 가압 성형하는 프레스 가공에 의해 Ti-Al 합금 브리켓을 제조한다.containing titanium (Ti) and aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), carbon (C), or at least one alloy selected from these A Ti-Al alloy briquette is manufactured by press working, which consists of a mixture of elements and is press-formed with a Ti-Al alloy sheet having the Ti-Al-X composition shown in Formula 1 above.

(c) 단계(S30)는 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 재용융(Vacuum Arc Remelting, VAR)하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조한다.(c) step (S30) prepares the Ti-Al alloy ingot by vacuum arc remelting (Vacuum Arc Remelting, VAR) the Ti-Al alloy briquette.

상기 (c) 단계(S30)는 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 재용융(VAR) 공정을 수행하기 이전에 상기 (b) 단계(S20)에서 제조된 하나 이상의 Ti-Al 합금 브리켓을 연결하고 스터브(stub)를 티그(Tig) 용접한 전극봉을 제작하는 단계(S21)를 수행하고, 스터브(stub)를 티그(Tig)의 수분 제거를 위해 상기 전극봉을 예열하는 단계(S22)를 수행한다.The (c) step (S30) connects one or more Ti-Al alloy briquettes prepared in (b) step (S20) before performing the vacuum arc remelting (VAR) process for the Ti-Al alloy briquettes, and stubs A step (S21) of manufacturing an electrode obtained by welding a stub to a Tig is performed, and a step (S22) of preheating the electrode with a stub to remove moisture from the Tig is performed.

상기 전극봉을 제작하는 단계(S21)는 제조된 하나 이상의 상기 브리켓들을 연결한 후 스터브(stub)를 티그(Tig) 용접하는 것에 의해 전극봉을 제작한다.In the step (S21) of manufacturing the electrode, the electrode is manufactured by Tig welding a stub after connecting one or more of the manufactured briquettes.

상기 전극봉을 예열하는 공정(S22)은, 상기 전극봉으로 스터브 및 연결된 브리켓들의 수분 제거를 위해 일정 온도로 예열하는 공정이다.The process of preheating the electrode (S22) is a process of preheating to a predetermined temperature to remove moisture from the stub and the briquettes connected to the electrode.

상기 (c) 단계(S30)는 앞서 수분이 제거된 상기 전극봉을 용융하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제작하며, 용융 과정에서 잔류하는 편석을 제거하고 미세조직의 균질화를 위해 상기 제조된 전극봉을 진공 아크 재용융(VAR)에 의해 3회 이상 반복 용융하여 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 제작하는 것을 특징으로 한다.In the step (c) (S30), a Ti-Al alloy ingot is prepared by melting the electrode from which moisture has been previously removed, and the prepared electrode is vacuum arced to remove the segregation remaining in the melting process and to homogenize the microstructure. It is characterized in that the Ti-Al alloy ingot is manufactured by repeatedly melting three or more times by remelting (VAR).

상기 Ti-Al 합금 잉곳은 진공 아크 재용융(VAR)으로 용융하여 제조하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 진공 아크 재용융(VAR)시 주변 분위기를 1×10-5 torr로 유지하여 진공에 가까운 상태로 만든 후, 다시 불활성화 기체인 아르곤(Ar) 가스를 주입한 상태로 진공 아크 재용융(VAR) 장비의 전극에 200 A 내지 1,000A의 전류를 걸어주며 아크를 발생시켜 합금 원소들을 용융시킨 후 냉각으로 경화시켜 원통형 형상의 Ti-Al 합금 잉곳을 제조한다.The Ti-Al alloy ingot is preferably prepared by melting by vacuum arc remelting (VAR), specifically, in a state close to vacuum by maintaining the ambient atmosphere at 1×10 -5 torr during vacuum arc remelting (VAR). After making an arc, an arc is generated to melt the alloying elements by applying a current of 200 A to 1,000 A to the electrode of the vacuum arc remelting (VAR) equipment while argon (Ar) gas, an inert gas, is injected again. It is hardened by cooling to prepare a cylindrical Ti-Al alloy ingot.

일예로, 상기 (c) 단계(S30)에서, 상기 전극봉을 진공 아크 재용융(VAR)이 3회 반복 수행될 경우에는, 상기 Ti-Al 합금 브리켓으로 이루어진 전극봉을 진공 아크 용융에 의해 용융한 후 경화하여 1차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 1차 용융 단계, 상기 1차 Ti-Al 합금 잉곳을 길이 방향에 수직인 방향으로 절단한 후 위 아래를 뒤집어 티그 용접에 의해 접합하고 스터브를 티그 용접하여 진공 아크 재용융(VAR)에 의해 2차 용융한 후 경화하여 2차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 2차 용융 단계, 및 상기 2차 Ti-Al 합금 잉곳을 티그 용접을 통해 접합 후 스터브를 티그 용접한 후 상기 진공 아크 재용융(VAR)에 의해 3차 용융한 후 경화하여 3차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 3차 용융 단계를 포함하여 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하도록 구성될 수 있다.For example, in the step (S30) of (c), when vacuum arc remelting (VAR) of the electrode is repeatedly performed three times, after melting the electrode made of the Ti-Al alloy briquette by vacuum arc melting The first melting step of hardening to produce a primary Ti-Al alloy ingot, cutting the primary Ti-Al alloy ingot in a direction perpendicular to the longitudinal direction, turning it upside down and joining by TIG welding, and TIG welding the stub A second melting step of producing a secondary Ti-Al alloy ingot by second melting and hardening by vacuum arc remelting (VAR), and bonding the secondary Ti-Al alloy ingot through TIG welding, followed by stub After TIG welding, it can be configured to prepare the Ti-Al alloy ingot, including the tertiary melting step of producing a tertiary Ti-Al alloy ingot by tertiary melting by the vacuum arc remelting (VAR) and then hardening have.

이러한 방식으로 진공 아크 재용융(VAR)을 이용한 2회 내지 4회 잉곳 용해를 반복하며 불순물 제거와 균질한 합금 조성이 잉곳 내에 고루 분포하게끔 하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 것이 바람직하다.In this way, it is preferable to manufacture a Ti-Al alloy ingot by repeating the ingot melting 2 to 4 times using vacuum arc remelting (VAR), removing impurities and uniformly distributing the homogeneous alloy composition in the ingot.

여기서, 상기 (c) 단계에서를 통해 제조된 상기 Ti-Al 합금 잉곳은 밀도가 3.8 g/cm3 내지 4.0 g/cm3이다.Here, the Ti-Al alloy ingot prepared through step (c) has a density of 3.8 g/cm 3 to 4.0 g/cm 3 .

그 다음 (d) 단계(S40)는 상기 (c) 단계(S30)를 통해 제조된 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 잉곳 빌렛을 제조한다. 이때 단조 공정은 도 1의 내부 가열 방식의 단조 장치(100)를 이용하여, 단조 공정 중 단조 다이들이 자체적으로 가열함으로써 방사 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 잉곳 빌렛을 제조한다.Then (d) step (S40) is performed by forging the Ti-Al alloy ingot manufactured through step (c) (S30) to manufacture a Ti-Al alloy ingot billet. At this time, the forging process uses the forging apparatus 100 of the internal heating method of FIG. 1 , the forging dies heat themselves during the forging process to perform spin forging to manufacture a Ti-Al alloy ingot billet.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 Ti-Al 합금 잉곳을 방사 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계(S40)의 공정도로, 내부 가열 방식의 단조 장치(100)에서 방사상으로 배치된 단조 다이(101)들이 내부에 고주파 유도 가열 코일(110) 들을 통해 단조 다이가 직접 가열되도록 방사 단조를 수행하여 Ti-Al 합금 빌렛(20)이 제조되도록 한다.4 is a process diagram of a step (S40) of manufacturing a Ti-Al alloy billet by performing spin forging of a Ti-Al alloy ingot manufactured according to an embodiment of the present invention, in the forging apparatus 100 of the internal heating method Radial forging is performed so that the forging dies 101 disposed radially are directly heated through the high-frequency induction heating coils 110 therein, so that the Ti-Al alloy billet 20 is manufactured.

본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용하여 제조된 Ti-Al 합금 잉곳 빌렛의 물성을 알아보고자, 하기 표 1의 조건으로 3원계 Ti-Al 합금 시편을 제조하였고, 제조된 시편을 시차열분석법(differential thermal analysis, DTA)을 수행하여 시편의 상변태 온도 구간을 확인하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.In order to investigate the physical properties of the Ti-Al alloy ingot billet manufactured using the internal heating forging device of the present invention, a ternary Ti-Al alloy specimen was prepared under the conditions of Table 1 below, and the prepared specimen was subjected to differential thermal analysis. (differential thermal analysis, DTA) was performed to confirm the phase transformation temperature section of the specimen, and the results are shown in Table 1 below.

구분division 상변태 온도(℃)Phase transformation temperature (℃) 첨가 효과additive effect Pure TiPure Ti 880880 -- Ti-Al-NbTi-Al-Nb 13521352 감마상의 연신율 증가Increase in elongation in gamma phase Ti-Al-CrTi-Al-Cr 13441344 내산화성 증가 및 고온 물성 향상Increased oxidation resistance and improved high temperature properties Ti-Al-WTi-Al-W 13541354 고운물성 향상, 높은 상변태 이동 효과Improvement of fine properties, high phase transformation transfer effect

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌릿은 Ti-Al 합금 잉곳의 베타(β)상의 상변화 유도를 통해 15℃ 내지 25℃ 정도의 상온에서 Ti-Al 합금의 연실율을 개선시킬 수 있으며, 추가적인 열처리를 통해 미세조직 제어도 가능하였다.또한 Ti-Al 합금에서 합금 원소로서, 베타 안정화 원소인 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr) 등을 첨가하는 것에 의해 베타 트랜서스(beta-transus)의 온도를 이동시켜 상태도 상의 베타(β)상 영역을 확대시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the Ti-Al alloy billet using the internal heating forging device of the present invention is Ti-Al alloy billet at room temperature of 15° C. to 25° C. The elongation rate of the -Al alloy could be improved, and microstructure control was also possible through additional heat treatment. In addition, as alloying elements in Ti-Al alloys, beta-stabilizing elements niobium (Nb), tungsten (W), and chromium (Cr) ) and the like, it was confirmed that the beta (β) phase region on the phase diagram could be enlarged by moving the temperature of the beta-transus.

실험 결과 1 at% 원소 첨가 시, 베타 안정화 원소로서 몰리브덴(Mo)은 +0.6%, 레늄(Re)은 +0.8%, 텅스텐(W)은 +1.12% 만큼 고 알루미늄 영역으로 상태도 이동효과가 있는 것으로 나타났으며, 니오븀(Nb)은 0.3%, 규소(Si)은 -1.33%, 탄소(C)는 -4% 이동시키는 것으로 조사되었다. 여기서 이동 값으로 나타낸 +는 고 Al 방향이고, -는 저 Al 방향을 의미한다.As a result of the experiment, when 1 at% element is added, as a beta stabilizing element, molybdenum (Mo) is +0.6%, rhenium (Re) is +0.8%, tungsten (W) is as high as +1.12%. It was found that niobium (Nb) was moved by 0.3%, silicon (Si) by -1.33%, and carbon (C) by -4%. Here, + denoted as a shift value denotes a high Al direction, and - denotes a low Al direction.

또한, 베타 안정화 중 텅스텐(W)를 첨가하였을 때, 가장 높은 상변태 이동효과를 나타나는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that when tungsten (W) was added during beta stabilization, the highest phase transformation transfer effect was exhibited.

원소 별 상태도 이동효과 조사결과 베타 안정화 원소 별로 상이하며, 합금 원소 중에서 텅스텐(W) 및 탄소(C)의 상태도 이동효과가 큰 것으로 조사되었다. As a result of the investigation of the effect of shifting the state of each element, it was found that the state of tungsten (W) and carbon (C) among the alloying elements also had a large shifting effect.

상태도 이동효과가 가장 우수한 텅스텐(W)을 첨가하여 합금설계 진행이 필요하며 저 Al 방향으로 이동시키는 원소 중 가장 효과적인 규소(Si) 및 탄소(C) 첨가를 통해 상태도 영역을 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 보이며, 미세조직을 제어할 수 있을 것으로 판단된다.It is necessary to proceed with alloy design by adding tungsten (W), which has the best effect of moving the phase diagram. It seems that the microstructure can be controlled.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been specifically described in the preferred embodiment, it should be noted that the embodiment is for the description and not the limitation. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

10 : Ti-Al 합금 잉곳
20 : Ti-Al 합금 잉곳 빌렛
100 : 내부 가열 방식의 단조 장치
101 : 단조 다이
110 : 고주파 유도가열 코일
10: Ti-Al alloy ingot
20: Ti-Al alloy ingot billet
100: forging device of internal heating method
101: forging die
110: high frequency induction heating coil

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) Ti-Al 합금 원소 준비 단계;
(b) 준비된 Ti-Al 합금 원소를 프레스 가공하여 Ti-Al 합금 브리켓을 제조하는 단계;
(c) 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 용융하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 단계;
(d) 내부 가열 방식의 단조 장치로 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 단조하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계;를 포함하되,
상기 (c) 단계는, 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 진공 아크 용융에 의해 용융한 후 경화하여 1차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 1차 용융 단계;
상기 1차 Ti-Al 합금 잉곳을 길이 방향에 수직인 방향으로 절단한 후 용접을 통해 접합한 후 진공 아크 재용융에 의해 2차 용융한 후 경화하여 2차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 2차 용융 단계; 및
상기 2차 Ti-Al 합금 잉곳을 티그 용접을 통해 접합 후 스터브를 티그용접한 후 상기 진공 아크 재용융에 의해 3차 용융한 후 경화하여 3차 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 3차 용융 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
(a) Ti-Al alloy element preparation step;
(b) preparing a Ti-Al alloy briquette by pressing the prepared Ti-Al alloy element;
(c) preparing a Ti-Al alloy ingot by vacuum arc melting the Ti-Al alloy briquette;
(d) manufacturing the Ti-Al alloy billet by forging the Ti-Al alloy ingot with an internal heating forging device;
The step (c) may include: a first melting step of melting the Ti-Al alloy briquette by vacuum arc melting and then hardening to prepare a first Ti-Al alloy ingot;
Secondary to manufacture a secondary Ti-Al alloy ingot by cutting the primary Ti-Al alloy ingot in a direction perpendicular to the longitudinal direction, joining through welding, and then secondary melting by vacuum arc remelting and hardening melting step; and
A tertiary melting step of bonding the secondary Ti-Al alloy ingot through TIG welding, TIG welding the stub, and then melting and curing the tertiary Ti-Al alloy ingot by tertiary melting by the vacuum arc re-melting; Ti-Al alloy billet manufacturing method using an internal heating type forging device comprising a.
제4항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al)을 포함하고, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 규소(Si), 탄소(C), 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상의 합금 원소가 기설정된 혼합비율을 가지도록 상기 Ti-Al 합금 원소를 준비하는 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The step (a) is,
containing titanium (Ti) and aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), carbon (C), or at least one alloy selected from these A method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using an internal heating forging device, characterized in that preparing the Ti-Al alloy element so that the element has a predetermined mixing ratio.
제5항에 있어서,
상기 Ti-Al 합금 원소는,
상기 티타늄(Ti) 44 at% 내지 46 at%, 상기 알루미늄(Al) 44 at% 내지 46 at%, 상기 합금 원소로 상기 몰리브덴(Mo) 0 at% 초과 0.6 at% 이하, 상기 니오븀(Nb) 0 at% 초과 10 at% 이하, 상기 텅스텐(W)은 0 at% 초과 5 at% 이하, 상기 크롬(Cr) 0 at% 초과 2 at% 이하, 상기 규소(Si) 0 at% 초과 1 at% 이하, 및 상기 탄소(C) 0 at% 초과 1 at% 이하 중에서 선택된 어느 하나 이상 및 잔부 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The Ti-Al alloy element is
The titanium (Ti) 44 at% to 46 at%, the aluminum (Al) 44 at% to 46 at%, the molybdenum (Mo) 0 at% or less as the alloy element 0.6 at% or less, the niobium (Nb) 0 more than at% and less than or equal to 10 at%, the tungsten (W) exceeds 0 at% and less than or equal to 5 at%, the chromium (Cr) exceeds 0 at% and less than or equal to 2 at%, the silicon (Si) exceeds 0 at% and less than or equal to 1 at% , and the carbon (C) Ti-Al alloy billet manufacturing method using an internal heating type forging device, characterized in that it contains any one or more selected from more than 0 at% and 1 at% or less and the remainder other unavoidable impurities.
제4항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
전극봉에 아크의 전류를 흘려 진공 아크 재용융에 의해 상기 Ti-Al 합금 브리켓을 3회 이상 반복 용융하여 Ti-Al 합금 잉곳을 제조하는 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The step (c) is,
Ti-Al alloy using an internal heating type forging device, characterized in that the Ti-Al alloy ingot is manufactured by repeatedly melting the Ti-Al alloy briquette by vacuum arc remelting by flowing an arc current to the electrode How to make a billet.
삭제delete 제4항에 있어서,
상기 3차 Ti-Al 합금 잉곳은 밀도가 3.8 g/cm3 내지 4.0 g/cm3인 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The tertiary Ti-Al alloy ingot has a density of 3.8 g/cm 3 to 4.0 g/cm 3 .
제4항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
내부 가열 방식의 단조 장치에 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 공급하는 단계; 및
상기 내부 가열 방식의 단조 장치에서 단조 다이가 직접 가열되며, 상기 Ti-Al 합금 잉곳을 단조하여 Ti-Al 합금 빌렛을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Step (d) is,
supplying the Ti-Al alloy ingot to an internal heating forging device; and
The forging die is directly heated in the forging device of the internal heating method, and forging the Ti-Al alloy ingot to produce a Ti-Al alloy billet; - Al alloy billet manufacturing method.
제4항에 있어서,
상기 내부 가열 방식의 단조 장치는,
단면이 원형인 합금 잉곳을 둘러싼 단조 다이를 포함하고, 상기 단조 다이의 일측면은 상기 합금 잉곳과 마주하고, 상기 일측면과 마주하는 타측면이 형성되고, 상기 일측면과 상기 타측면을 연결하는 상기 다이의 좌측면 및 우측면이 형성되며, 상기 단조 다이의 일측면과 타측면 사이에 고주파 유도 가열코일이 위치하는 것을 특징으로 하는 내부 가열 방식의 단조 장치를 이용한 Ti-Al 합금 빌렛 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The forging device of the internal heating method,
Comprising a forging die surrounding an alloy ingot having a circular cross section, one side of the forging die faces the alloy ingot, the other side facing the one side is formed, and the one side and the other side are connected A method for manufacturing a Ti-Al alloy billet using an internal heating forging device, characterized in that a left side and a right side of the die are formed, and a high-frequency induction heating coil is positioned between one side and the other side of the forging die.
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