KR20110114928A - Ni base single crystal superalloy with good creep property - Google Patents
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Abstract
고가의 합금원소 첨가를 최소한으로 줄인 상태에서 상대적으로 가격이 싼 다른 합금원소의 양을 조절하여 고온 특성, 특히 크리프 수명뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성이 우수한 단결정의 니켈기 초내열합금을 제공한다. 이 니켈기 초내열함금은 중량 %로 Co: 11.5~13.5%, Cr: 3.0~5.0%, Mo: 0.7~2.0%, W: 8.5~10.5%, Al: 4.5~6.5%, Ti: 0.5~2.0%, Ta: 6.0~8.0%, Re: 2.0~4.0%, Ru: 0.1~2.0%이고, 나머지는 Ni과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 또한, γ 기지와 γ' 석출물의 혼합조직을 갖는다. By controlling the amount of other relatively inexpensive alloying elements while minimizing the addition of expensive alloying elements, a single crystal nickel base superalloy with excellent high temperature characteristics, especially creep life as well as resistance to creep deformation is provided. The nickel-based super heat-resistant alloy has a weight percentage of Co: 11.5-13.5%, Cr: 3.0-5.0%, Mo: 0.7-2.0%, W: 8.5-10.5%, Al: 4.5-6.5%, Ti: 0.5-2.0 %, Ta: 6.0-8.0%, Re: 2.0-4.0%, Ru: 0.1-2.0%, and the rest is made up of Ni and other unavoidable impurities. It also has a mixed structure of the γ matrix and γ 'precipitate.
Description
본 발명은 단결정의 니켈기 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온에서 크리프(creep)에 의해 변형되는 것에 대한 저항성 및 크리프에 의한 파단 수명을 향상시킨 단결정의 니켈기 초내열합금에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single crystal nickel base alloy, and more particularly, to a single crystal nickel base super heat resistant alloy having improved resistance to deformation by creep at high temperatures and a break life due to creep.
항공기 엔진이나 발전용으로 사용되는 산업용 가스터빈의 주요 부품인 블레이드(blade) 및 베인(vane) 등에는 니켈기 초내열합금이 널리 사용된다. 그 초내열합금 중에 단결정 상태의 초내열합금은 다결정 및 일방향 응고 초내열합금에 비해 우수한 크리프 특성을 나타내며 월등한 내열성을 갖기 때문에 가스터빈의 제일 극한 환경에 놓여 있는 블레이드 및 베인의 소재로 사용되고 있다. Nickel-based superalloys are widely used in blades and vanes, which are the main components of industrial gas turbines used for aircraft engines and power generation. The super-alloy in the single crystal state of the super-alloy alloy has excellent creep characteristics and superior heat resistance compared to polycrystalline and unidirectional solidified super-alloy alloys, and is used as a material for blades and vanes in the most extreme environments of gas turbines.
이를 위해, 단결정 초내열합금은 Al, Ti 을 첨가하여 기지(matrix) 내에 규칙격자 강화상인 γ'(L12 구조)을 생성시켜 고온 강도를 얻고, W, Mo, Re 등 합금원소를 첨가하여 기지를 강화시켜 사용한다. 한편, 단결정 초내열합금은 합금원소인 Re 함량에 따라 세대가 분류되는데 Re 함량이 없는 경우 1세대, 3%인 경우 2세대, 6%인 경우 3세대 등으로 분류되며, 여기에 Ru 이 첨가된 4세대 단결정 합금도 개발되고 있다. For this purpose, the single crystal super heat-resistant alloy is obtained by adding Al and Ti to form γ '(L1 2 structure), which is a regular lattice strengthening phase, in the matrix to obtain high temperature strength, and adding alloy elements such as W, Mo, and Re to obtain Use to strengthen. On the other hand, single crystal super heat-resistant alloys are classified according to the Re content, which is an alloying element, and are classified into 1st generation, 3% generation, 3% generation, etc. Fourth generation single crystal alloys are also being developed.
기술이 진보함에 따라 초내열합금이 고온에서 사용되는데 있어서 가장 중요한 특성이라 할 수 있는 크리프 특성은 향상되었지만, 고가인 원소의 첨가량이 증가하여 합금의 가격 또한 상승하였다. 이러한 이유로, 현재는 Re 함량이 3%인 제2세대 단결정 합금인 미국 캐논무스케곤사에서 개발된 CMSX-4(미국등록특허 제4,643,782호)가 상용합금으로 가장 널리 사용되고 있다.As the technology advances, the creep property, which is the most important property for the use of super heat-resistant alloy at high temperature, has been improved, but the price of the alloy has also increased due to the addition of expensive elements. For this reason, CMSX-4 (US Patent No. 4,643,782) developed by Canon Muskegon, USA, the second-generation single crystal alloy having a Re content of 3%, is the most widely used commercial alloy.
그런데 지구 온난화와 같은 환경문제가 대두되면서, CO2 발생량을 줄이거나 없애기 위한 새로운 발전 방안의 연구와 함께 기존 발전 방법들의 효율을 높이는 방안에 대한 필요성이 커지고 있다. 이에 부응하여 가스터빈의 경우 작동온도가 지속적으로 높아지고 있다. 이러한 이유로 가스터빈의 부품 중 가장 극한 환경에서 사용되는 블레이드 및 베인의 온도 수용성 및 고온에서의 크리프 수명이 중요해지고 있다. 따라서 종래보다 우수한 고온크리프 특성을 갖는 단결정 초내열합금 개발에 대한 필요성은 증가하고 있다. However, as environmental problems such as global warming emerge, the necessity for increasing the efficiency of existing power generation methods is increasing along with the study of new power generation methods to reduce or eliminate CO 2 emissions. In response to this, the operating temperature of gas turbines is continuously increasing. For this reason, the temperature acceptance and creep life at high temperatures of blades and vanes used in the most extreme environments of gas turbine components are becoming important. Therefore, there is an increasing need for the development of a single crystal super heat resistant alloy having high temperature creep characteristics superior to the prior art.
또한, 고온에서 사용되는 부품의 경우, 앞에서 설명한 크리프 파단에 도달하는 크리프 수명도 중요하지만, 부품의 형태가 변하면 그 원래의 용도로 지속적인 사용이 불가능하거나 효율이 낮아지기 때문에, 크리프 변형에 대한 저항성도 매우 중요한 인자라고 할 수 있다. 다시 말하면, 고가의 합금원소 첨가를 최소한으로 줄인 상태에서 상대적으로 가격이 싼 다른 합금원소의 양을 조절하여 고온 특성, 특히 크리프 수명뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성이 우수한 단결정 초내열합금이 요구되고 있다.In addition, in the case of parts used at high temperatures, the creep life reaching the creep rupture described above is also important, but if the shape of the part is changed, it cannot be continuously used for its original purpose or the efficiency is low, so the resistance to creep deformation is very high. It is an important factor. In other words, by controlling the amount of other relatively inexpensive alloy elements while minimizing the addition of expensive alloy elements, a single crystal super heat resistant alloy having excellent high temperature characteristics, particularly creep life and resistance to creep deformation is required. .
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고가의 합금원소 첨가를 최소한으로 줄인 상태에서 상대적으로 가격이 싼 다른 합금원소의 양을 조절하여 고온 특성, 특히 크리프 수명뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성이 우수한 단결정의 니켈기 초내열합금을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to control the amount of other relatively inexpensive alloy elements in a state in which the addition of expensive alloy elements is minimized, and thus the single crystal has excellent resistance to creep deformation as well as high temperature characteristics. It is to provide a nickel-based super heat-resistant alloy.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 크리프 특성이 우수한 단결정 니켈기 초내열합금은, 중량 %로 Co: 11.5~13.5%, Cr: 3.0~5.0%, Mo: 0.7~2.0%, W: 8.5~10.5%, Al: 4.5~6.5%, Ti: 0.5~2.0%, Ta: 6.0~8.0%, Re: 2.0~4.0%, Ru: 0.1~2.0%이고, 나머지는 Ni과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 여기서, 상기 초내열합금은 γ 기지와 γ' 석출물의 혼합조직을 가질 수 있다.Single crystal nickel-based super heat-resistant alloy excellent in creep properties of the present invention for achieving the above object, by weight% Co: 11.5-13.5%, Cr: 3.0-5.0%, Mo: 0.7-2.0%, W: 8.5-10.5 %, Al: 4.5-6.5%, Ti: 0.5-2.0%, Ta: 6.0-8.0%, Re: 2.0-4.0%, Ru: 0.1-2.0%, and the rest consists of Ni and other unavoidable impurities. Here, the super heat-resistant alloy may have a mixed structure of γ matrix and γ 'precipitate.
본 발명의 크리프 특성이 우수한 단결정 니켈기 초내열합금에 의하면, 중량%로 Co: 11.5~13.5%, Cr: 3.0~5.0%, Mo: 0.7~2.0%, W: 8.5~10.5%, Al: 4.5~6.5%, Ti: 0.5~2.0%, Ta: 6.0~8.0%, Re: 2.0~4.0%, Ru: 0.1~2.0%이고, 나머지는 Ni과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 초내열합금을 단결정으로 제조함으로써, 크리프 파단 수명이 증가할 뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성을 나타내는 1% 크리프 도달 수명이 현저히 증가한 합금을 확보할 수 있다. According to the single crystal nickel-based super heat-resistant alloy excellent in creep properties of the present invention, Co: 11.5-13.5%, Cr: 3.0-5.0%, Mo: 0.7-2.0%, W: 8.5-10.5%, Al: 4.5 ~ 6.5%, Ti: 0.5 ~ 2.0%, Ta: 6.0 ~ 8.0%, Re: 2.0 ~ 4.0%, Ru: 0.1 ~ 2.0%, and the rest is made of a super-crystalline alloy made of Ni and other unavoidable impurities as a single crystal In addition, it is possible to obtain an alloy which not only increases the creep rupture life but also significantly increases the 1% creep reach life, which is resistant to creep deformation.
도 1은 본 발명에 따른 니켈기 초내열합금의 950℃/355MPa 조건에서 크리프 실험을 수행하였을 경우 나타나는 시간에 따른 크리프 변형량의 변화와 크리프 수명을 나타내는 그래프이다. 1 is a graph showing a change in creep deformation amount and creep life time according to the time when creep experiment is performed under the conditions of 950 ° C./355 MPa of a nickel-based superheat-resistant alloy according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
이하의 실시예에서는 크리프 특성이 우수한 단결정 니켈기 초내열합금을 설명할 것이다. 여기서, 크리프 특성이란 초내열합금을 고온에서 사용하기 위해 필수적인 크리프 수명뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성을 지칭한다. 상기 니켈기 초내열합금은 다음과 같은 주요한 특징을 갖는다. In the following examples, single crystal nickel-based superheat-resistant alloys having excellent creep characteristics will be described. Here, the creep property refers to the creep life as well as resistance to creep deformation, which is necessary for the use of the superheat resistant alloy at high temperatures. The nickel-based superalloy has the following main features.
본 발명에 의한 크리프 특성이 우수한 단결정 니켈기 초내열합금은 Al, Ti을 첨가하여 규칙격자 강화상인 γ'(L12 구조)을 γ상의 기지(matrix)에 생성시켜 고온 강도를 얻고, W, Mo, Re, Ru 등 합금원소를 첨가하여 기지를 강화시켜 얻는다. 이와 같이 합금원소의 양을 조절함으로써, 크리프 특성을 극대화시키고 상용합금에 비해 향상된 크리프 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. In the single crystal nickel-based super heat-resistant alloy having excellent creep characteristics according to the present invention, Al and Ti are added to form γ '(L1 2 structure), which is a regular lattice strengthening phase, in a matrix of γ-phase to obtain high-temperature strength, W, Mo Obtained by strengthening the matrix by adding alloying elements such as Re, Ru, etc. By controlling the amount of alloying elements as described above, it is characterized by maximizing creep characteristics and having improved creep characteristics compared to commercial alloys.
본 발명에 의한 니켈기 초내열합금은 먼저 통상의 진공 유도용해 방법에 의해 모합금을 제작한다. 그 후, 제작된 모합금 각각에 대하여 일방향 응고로를 이용하여 브릿지만 방법에 의하여 단결정 시편을 제작한다. 그 시편을 열처리에 의해 γ와 γ'의 두 개의 상(phase)으로 이루어진 미세조직을 얻을 수 있다.The nickel-based superheat-resistant alloy according to the present invention first prepares a mother alloy by a conventional vacuum induction melting method. After that, single crystal specimens are produced by the Bridgeman method for each of the prepared master alloys using a one-way solidification furnace. The specimen is subjected to a heat treatment to obtain a microstructure consisting of two phases, γ and γ '.
[합금의 조성][The furtherance of alloy]
본 발명의 니켈기 초내열합금은 중량 %로 다음과 같은 조성을 가지며, 여기서는 각각의 조성에 따른 수치한정 이유를 함께 설명하기로 한다. 아래의 중량 %는 니켈기 합금 전체를 100으로 하였을 때, 첨가되는 양을 중량으로 환산한 것이다. 설명의 편의를 위하여, 니켈기와 기타 불가피한 불순물에 대한 설명은 생략하기로 한다. The nickel-based superheat-resistant alloy of the present invention has the following composition by weight%, and the reason for numerical limitation according to each composition will be described together. The weight% below shows the amount added when the entire nickel-based alloy is 100. For convenience of description, descriptions of nickel groups and other unavoidable impurities will be omitted.
(1) 코발트(Co) : 11.5~13.5%(1) Cobalt (Co): 11.5-13.5%
Co는 고용강화의 역할과 더불어 니켈기 초내열합금의 주 강화상인 γ' 고상선과 기지인 γ의 고상선을 변화시켜 용체화 처리가 가능한 온도에 영향을 준다. 또한, 고온내식성을 향상시키기도 한다. Co 함량이 11.5%보다 감소하면 크리프 특성이 낮아지며, 13.5% 이상으로 너무 높아지면 용체화 처리가 가능한 온도 영역이 작아져 열처리 조건을 결정하기 어려워진다. In addition to the role of strengthening the solid solution, Co changes the solidus line of γ 'which is the main reinforcement phase of nickel-based super heat-resistant alloy and the solidarity of γ which is known to affect the temperature at which solution can be treated. It also improves high temperature corrosion resistance. If the Co content is lower than 11.5%, the creep property is lowered. If the Co content is too high, the temperature range that can be subjected to the solution treatment becomes small, so that it is difficult to determine the heat treatment condition.
(2) 크롬(Cr) : 3.5~5.0% (2) Chromium (Cr): 3.5 ~ 5.0%
크롬은 초내열합금에서 내식성을 향상시켜 주는 역할을 하는 반면, 탄화물이나 TCP(Topologically Close Packed) 상을 생성시킬 수 있으며 내열성에는 기여하지 못하기 때문에 양이 제한된다. 3.5%보다 적게 첨가되면 내식성에 문제가 발생하고, 5.0% 이상 첨가되면 크리프 특성이 저하되며 고온에서 장시간 노출시 기계적 특성에 나쁜 영향을 주는 TCP 상이 생성될 수 있다.While chromium plays a role in improving corrosion resistance in super alloys, it can generate carbides or topologically close packed (TCP) phases and is limited in quantity because it does not contribute to heat resistance. If less than 3.5% is added, corrosion resistance may be caused. If it is added more than 5.0%, creep property may be degraded, and a TCP phase may be generated, which may adversely affect the mechanical properties at prolonged exposure at high temperatures.
(3) 몰리브데늄(Mo) : 0.7~2.0%(3) Molybdenum (Mo): 0.7 ~ 2.0%
몰리브데늄은 고용강화 원소로 초내열합금의 고온특성을 향상시키는 역할을 한다. 하지만, 많은 양이 첨가되면 밀도가 높아지고 TCP 상이 생성될 수 있다. 0.7% 이하에서는 고용강화 효과를 기대하기 어려우며, 2.0% 이상 첨가되면 밀도가 증가한다. Molybdenum is a solid solution strengthening element to improve the high temperature characteristics of super heat resistant alloys. However, if a large amount is added, the density may be high and a TCP phase may be generated. It is difficult to expect a solid employment effect below 0.7%, and the density increases when added above 2.0%.
(4) 텅스텐(W) : 8.5 ~10.5%(4) Tungsten (W): 8.5 ~ 10.5%
텅스텐은 고용강화에 의해 크리프 강도를 높이는 원소이다. 하지만, 다량을 첨가하면, 밀도가 높아지고 인성 및 내식성이 저하되며 상 안정성이 저하된다. 또한, 단결정 및 일방향 응고를 할 때, 프렉클(freckle)과 같은 주조 결함의 발생 가능성이 증가한다. 따라서 고온강도를 위해 8.5% 이상의 텅스텐이 첨가되며, 다량을 첨가하는 경우에 생길 수 있는 바람직하지 못한 효과를 억제하기 위해 10.5%로 함량을 제한한다. Tungsten is an element that increases creep strength by solid solution strengthening. However, when a large amount is added, density increases, toughness and corrosion resistance fall, and phase stability falls. In addition, when single crystal and unidirectional solidification occur, the possibility of casting defects such as freckles increases. Therefore, more than 8.5% of tungsten is added for high temperature strength, and the content is limited to 10.5% in order to suppress undesirable effects that may occur when a large amount is added.
(5) 알루미늄(Al) : 4.5~6.5%(5) Aluminum (Al): 4.5 ~ 6.5%
알루미늄은 니켈기 초내열합금의 주 강화상인 γ'의 구성 원소이므로, 고온 크리프 특성 향상에 절대적으로 필요한 원소이다. 또한, 내산화성 향상에도 기여한다. 하지만, 4.5% 이하에서는 크리프 강도가 저하되고, 6.5% 이상 첨가할 경우 과도한 γ' 상의 석출로 기계적 특성을 저하시킨다. Since aluminum is a constituent element of γ 'which is the main reinforcing phase of nickel-based superheat-resistant alloys, aluminum is absolutely necessary for improving high temperature creep characteristics. It also contributes to the improvement of oxidation resistance. However, at 4.5% or less, the creep strength is lowered, and when added at 6.5% or more, the mechanical properties are lowered due to excessive precipitation of the γ 'phase.
(6) 타이타늄(Ti) : 0.5~2.0%(6) Titanium (Ti): 0.5-2.0%
타이타늄은 알루미늄과 마찬가지로 γ' 상의 구성원소로 크리프 강도 향상에 도움을 주며 내식성 향상에도 기여하므로 0.5% 이상 첨가한다. 하지만, 과도하게 첨가될 경우 내산화성이 감소되므로 2.0%로 제한된다. Titanium, like aluminum, is a member of the γ 'phase, which helps increase creep strength and contributes to corrosion resistance. However, when excessively added, oxidation resistance is reduced, so it is limited to 2.0%.
(7) 탄탈륨(Ta) : 6.0~8.0%(7) Tantalum (Ta): 6.0 ~ 8.0%
탄탈륨은 주 강화상인 γ' 상에 고용되어 γ' 상을 강화시키는 역할을 하며, 이를 통해 크리프 강도의 향상에 기여한다. 또한, 수지상간 영역에 편석되어 이 영역의 밀도를 높이므로 주조결함인 프렉클의 생성을 억제하기도 한다. 따라서 6.0% 이상의 함량이 필요하다. 그러나 8.0% 이상 첨가될 경우, δ 상이 석출될 수 있어서 특성을 저하시킨다. Tantalum is dissolved in the γ 'phase, which is the main strengthening phase, and serves to strengthen the γ' phase, thereby contributing to the improvement of creep strength. In addition, segregation in the interdendritic region increases the density of the region, thereby suppressing the formation of cast defects, which are casting defects. Therefore, a content of 6.0% or more is required. However, when 8.0% or more is added, the δ phase may precipitate, leading to deterioration of properties.
(8) 레늄(Re) : 2.0~4.0%(8) Rhenium (Re): 2.0 ~ 4.0%
레늄은 고용강화 원소로 확산속도가 매우 느리기 때문에 크리프 특성 향상에 크게 기여한다. 다시 말해, 레늄을 첨가함으로써, 초내열합금은 고온에서 사용하기 위해 필수적인 크리프 수명뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성이 크게 향상된다. 그러나 다량을 함유하면, 상 안정성이 저하되고 밀도가 커지며 또한 가격이 비싸기 때문에, 본 발명에서는 2.0~4.0%의 범위를 갖도록 제한한다.Rhenium is a solid solution strengthening element, and the diffusion rate is very slow, which greatly contributes to the improvement of creep characteristics. In other words, by adding rhenium, the superalloy is greatly improved in creep life as well as resistance to creep deformation, which is essential for use at high temperatures. However, when a large amount is contained, the phase stability is lowered, the density is higher, and the price is expensive. Therefore, the present invention is limited to have a range of 2.0 to 4.0%.
(9) 루데늄(Ru) : 0.1~2.0%(9) Rudenium (Ru): 0.1-2.0%
루데늄은 고용강화 원소로 작용하여 기지를 강화시킨다. γ' 상이 고용될 수 있는 영역을 넓히고 편석의 균질화에 기여하여 TCP 상의 생성을 억제하는 등 고온 특성을 개선시킨다. 이에 따라, 본 발명에서는 초내열합금을 고온에서 사용하기 위해 필수적인 크리프 수명뿐 아니라 크리프 변형에 대한 저항성을 높이기 위하여 이를 첨가한다. 하지만, 루데늄이 다량 함유되면, 합금 가격이 비싸고 밀도가 증가하기 때문에 0.1~2.0%로 범위만큼 첨가한다.Rudenium acts as a solid solution element to strengthen the matrix. It improves high temperature properties such as broadening the area where the γ 'phase can be dissolved and contributing to homogenization of segregation, inhibiting the generation of TCP phase. Accordingly, in the present invention, it is added to increase the resistance to creep deformation as well as the creep life, which is necessary for the use of the super heat-resistant alloy at a high temperature. However, when a large amount of rudenium is added, the alloy price is high and the density increases, so it is added in the range of 0.1 to 2.0%.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
표 1은 본 발명의 실시예가 적용된 단결정 초내열합금과 상기 초내열합금과 비교되는 합금의 화학조성을 제시한 것이다.Table 1 shows the chemical composition of the single crystal super heat resistant alloy to which the embodiment of the present invention is applied and the alloy compared with the super heat resistant alloy.
표 1에 의하면, 실험재 1은 Ru이 1.0중량 %가 첨가된 니켈기 합금의 조성을 나타낸 것이고, 실험재 2는 Ru이 0.5중량 %인 경우를 제시한 것이다. 이에 반해, 비교실험재들은 모두 Ru이 첨가되지 않은 것이고, 비교실험재 1은 거기에다 Re을 첨가하지 않은 합금이다. 또한, 비교실험재 2는 Re는 포함하나 Cr 함량을 증가시킨 합금이고, 비교실험재 3은 Co 함량을 줄인 합금이다. 그리고 비교실험재 4는 현재 가장 널리 사용되고 있는 상용 단결정 합금인 CMSX-4이다. According to Table 1, Test Material 1 shows the composition of a nickel-based alloy to which 1.0% by weight of Ru is added, and Test Material 2 shows a case where 0.5% by weight of Ru. On the contrary, the comparative specimens were all free of Ru, and Comparative Experiment 1 was an alloy without Re added thereto. In addition, Comparative Test Material 2 is an alloy containing Re but increasing Cr content, and Comparative Test Material 3 is an alloy having reduced Co content. Comparative Sample 4 is CMSX-4, which is the most widely used commercial single crystal alloy.
상기 실험재들과 비교실험재들은 먼저 통상의 진공 유도용해 방법에 의해 모합금을 제작한 후, 제작된 모합금 각각에 대하여 일방향 응고로를 이용하여 브릿지만 방법에 의하여 하나의 몰드에 직경 15mm, 길이 180mm의 봉상시편이 6개 붙어있는 단결정 몰드를 이용하여 4.0mm/min의 속도로 인출하여 단결정 시편을 제작하였다. 그 시편을 열처리에 의해 γ와 γ'의 두 개의 상(phase)으로 이루어진 미세조직을 얻었다. The test materials and the comparative test materials are first manufactured by the conventional vacuum induction melting method, then using a one-way solidification furnace for each of the produced master alloys by a bridgeman method 15mm in diameter, Single crystal specimens were prepared by withdrawing at a speed of 4.0 mm / min using a single crystal mold having six rod-shaped specimens of 180 mm in length. The specimen was subjected to heat treatment to obtain a microstructure consisting of two phases, γ and γ '.
Experiment
실험재
compare
Experiment
표 2는 상기 합금들을 950℃에서 355MPa의 응력을 가하여 크리프 실험을 수행하였을 때의 크리프 수명과 1% 크리프 연신에 도달할 때까지의 수명을 나타낸 것이다. 도 1은 표 2에서 제시한 조건에서 크리프 실험을 하였을 경우 시간에 따른 크리프 변형량의 변화와 크리프 수명을 나타내는 그래프이다.Table 2 shows creep life and creep life when creep experiments were performed at 950 ° C. under 355 MPa stress and reached 1% creep elongation. 1 is a graph showing the change in creep deformation amount and creep life with time when the creep experiment is performed under the conditions shown in Table 2. FIG.
실험재 1compare
Experiment 1
실험재 2compare
Experiment 2
실험재 3compare
Experiment 3
실험재 4compare
Experiment 4
(시간)Creep Break Time
(time)
도달 시간(시간)1% creep strain
Reach time (hours)
표 2와 도 1에서 알 수 있듯이, 니켈기 합금의 크리프 특성은 Re에 크게 의존한다. 즉, Re를 첨가하지 않은 비교실험재 1은 다른 실험재나 비교실험재들보다 크리프 파단시간과 1% 크리프 변형 도달시간이 현저히 작은 것을 알 수 있다. 또한, Re와 Ru를 첨가한 실험재 1 및 실험재 2와, Re는 첨가하였으나 Ru이 없는 비교실험재 2~4를 비교하면, 니켈기 합금에서 Ru이 크리프 특성을 향상시키는 데 주요한 역할을 하고 있다는 것을 알 수 있다. 물론, 이와 같은 Ru에 의한 크리프 특성을 향상시키기 위하여, 다른 합금원소의 함량을 최적화하는 과정이 필요하다.As can be seen from Table 2 and FIG. 1, the creep properties of the nickel-based alloy are highly dependent on Re. That is, the comparative test material 1 without adding Re showed that the creep rupture time and the 1% creep strain arrival time were significantly smaller than those of the other test materials or the comparative test materials. In addition, when comparing Test Materials 1 and 2 with Re and Ru, and Comparative Test Materials 2-4 with Re but without Ru, Ru plays a major role in improving creep characteristics in nickel-based alloys. It can be seen that there is. Of course, in order to improve the creep properties due to such Ru, it is necessary to optimize the content of other alloying elements.
구체적으로, Ru이 첨가된 실험재 1과 실험재 2의 크리프 파단시간은 192.3~211.7시간이었고, 1% 크리프 변형 도달시간은 87.0~112.0시간이었다. 이에 반해, Ru이 첨가되지 않은 비교실험재 2~4는 크리프 파단시간이 71.0~123.1시간이었고, 1% 크리프 변형 도달시간은 29.0~57.0시간이었다. 상대적으로 크리프 특성이 우수한 비교실험재 4를 본 발명의 실험재 1과 비교하여 살펴보더라도, 본 발명의 실험재 1은 비교실험재 4보다 거의 두배 정도로 크리프 파단시간과 크리프 변형 도달시간이 증가되었음을 알 수 있었다. Specifically, the creep rupture time of Test Material 1 and Test Material 2 to which Ru was added was 192.3 to 211.7 hours, and the 1% creep deformation arrival time was 87.0 to 112.0 hours. On the contrary, Comparative Test Materials 2 to 4 without adding Ru had a creep rupture time of 71.0 to 121.3 hours, and a 1% creep strain arrival time of 29.0 to 57.0 hours. Even if the comparative test material 4 having excellent creep properties is compared with the test material 1 of the present invention, the test material 1 of the present invention showed that the creep rupture time and the creep deformation arrival time were increased by almost twice that of the comparative test material 4. Could.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.
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