KR20150020760A - Ti-Al alloys with superior creep resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 크리프 저항성이 우수한 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 층상조직(lamellar structure)으로 구성된 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 기지조직에, 크리프 저항성을 더욱 향상시킬 수 있는 원소를 첨가함으로써, 우수한 크리프 저항성을 갖는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금에 관한 것이다.
The present invention relates to a titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy excellent in creep resistance, and more particularly, to a titanium-aluminum (Al) alloy having a lamellar structure, (Ti) -Aluminum (Al) alloy having an excellent creep resistance by adding an element capable of further improving the creep resistance.
에너지 절약과 환경문제와 맞물려 자동차 디젤 엔진의 연비향상 및 고출력 등에 관심이 집중됨에 따라 1980년대부터 터보차저(turbocharger)가 일반 디젤 자동차에 급속도로 설치되기 시작하였다. 상기 터보차저는 내연기관 배기가스가 배출되는 에너지를 터빈의 회전에너지로 바꾸고 상기 회전에너지를 흡입계로 들어오는 혼합가스의 충전 효율을 높이는 역할을 하기 때문에 자동차 엔진의 연소효율과 출력을 높이게 된다.Since the 1980s, turbochargers have been rapidly installed in general diesel vehicles, as energy conservation and environmental issues have focused attention on improving fuel efficiency and power output of automotive diesel engines. The turbo charger converts the energy discharged from the internal combustion engine exhaust gas into the rotational energy of the turbine and increases the charging efficiency of the mixed gas coming into the intake system. Therefore, the combustion efficiency and the output of the automotive engine are increased.
또한, 자동차가 소형과 및 경량화되면서 엔진의 크기는 줄어들지만 동일한 성능을 낼 수 있도록 하기 위한 방법 중 하나로 가솔린 엔진에 터보차저를 장착하려는 시도가 있었다.In addition, there has been an attempt to install a turbocharger in a gasoline engine as one of the methods for achieving the same performance although the size of the engine is reduced as the automobile becomes smaller and lighter.
그러나 그 동안 디젤 엔진에 주로 채택되어온 터보차저는 약 800℃의 내열특성이 요구되었지만, 가솔린 엔진의 경우 약 1000℃의 내열 특성이 요구되었기 때문에 상기 온도에서 충분히 기능하는 소재의 개발이 필요하였다.However, the turbocharger, which has been mainly used for diesel engines, required heat resistance of about 800 ° C. However, gasoline engines required heat resistance of about 1000 ° C.
상기의 문제를 극복하기 위하여 종래 터보차저의 터빈휠에는 주로 니켈(Ni)이 함유된 고내열 니켈(Ni)합금이 주로 사용되었으며, 터보차저의 응답성 향상을 위해 경량 터빈휠을 위한 티타늄(Ti)-알루미늄(Al)계열의 합금도 일부 적용되고 있다. In order to overcome the above problem, the turbine wheel of the conventional turbocharger is mainly made of a high heat resistant nickel (Ni) alloy containing nickel (Ni). To improve the responsiveness of the turbocharger, titanium ) -Aluminum (Al) -based alloys are also partially applied.
상기 고내열 니켈(Ni) 합금의 경우, 고내열 특성이 있지만, 밀도가 7.7~8.0g/cm3 로 일반 철강재의 밀도와 유사한 값을 가지므로 빠른 회전 속도에 도달하기 위해서는 많은 시간이 필요하였다. 따라서 상기 고내열 니켈(Ni) 합금을 터보차저의 터빈휠에 적용하면, 터빈휠의 작동 응답성이 떨어지는 터보랙(turbo lag)이 발생하는 문제가 있었다. The high heat-resistant nickel (Ni) alloy has high heat resistance, but has a density of 7.7 to 8.0 g / cm 3, which is similar to the density of general steel. Therefore, when the high-heat-resistant nickel (Ni) alloy is applied to a turbine wheel of a turbocharger, there is a problem that a turbo lag is generated which lowers the operational response of the turbine wheel.
반면, 상기 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금은 고융점 및 저밀도 특성을 가지며, 경량화가 가능하고 내열성이 우수한 소재이므로 상기 초내열 니켈(Ni) 합금을 대체할 수 있는 가장 유망한 재료로 평가 받고 있다. 상기 밀도는 3.7~4.0g/cm3으로 상기 니켈(Ni) 합금의 절반 정도이기 때문에, 빠른 회전 구동이 가능한 장점을 지니고 있으나, 합금 특성 상 고온에서 지속적인 하중을 받는 터보차저의 터빈휠 등의 부품에 적용하면, 니켈(Ni) 합금에 비하여 고온에서 크립 저항성 등이 부족하여 작동 수명이 짧다는 문제가 있었다.
On the other hand, the titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy has a high melting point and low density, is lightweight and excellent in heat resistance, and thus is considered to be the most promising material to replace the super heat resistant nickel have. Since the density is in the range of 3.7 to 4.0 g / cm 3 and is about half of the nickel (Ni) alloy, it has the advantage of being able to rotate at a high speed. However, due to its alloy characteristics, parts such as turbine wheels of turbochargers There is a problem that the creep resistance and the like are insufficient at a high temperature as compared with the nickel (Ni) alloy, so that the operating life is short.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 기지조직에 층상조직(lamellar structure)을 형성함에 의하여 상기 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 내열성 및 고온에서 크리프 저항성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a titanium-aluminum (Al) alloy by forming a lamellar structure in a base structure of a titanium (Ti) Heat resistance and creep resistance at high temperatures.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 크리프 저항성이 우수한 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금은 중량%로, Ti : 51 ~ 55%, Al : 30 ~ 32%, Nb : 12.9 ~ 15.4%, B : 0.0005 ~ 0.003% 및 기타 불가피한 불순물 등을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above-mentioned object, a titanium-aluminum (Al) alloy excellent in creep resistance is composed of 51 to 55% of Ti, 30 to 32% of Al, 12.9 to 15.4% of Nb, : 0.0005 to 0.003%, and other unavoidable impurities.
이 때, 상기 합금은 C : 0.05 ~ 0.14% 및 Si : 0.11 ~ 0.27%를 더 포함하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the alloy further contains 0.05 to 0.14% of C and 0.11 to 0.27% of Si.
또한, 상기 합금은 Cr : 0.53 ~ 0.74% 및 V : 0.12 ~ 0.26%를 더 포함하는 것이 바람직하다. Further, it is preferable that the alloy further contains 0.53 to 0.74% of Cr and 0.12 to 0.26% of V.
또한, 상기 합금은 Ni : 0.15 ~ 0.25%를 더 포함하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the alloy further contains 0.15 to 0.25% of Ni.
또한, 상기 합금은 Fe : 0.05% ~ 0.14% 및 S : 0.05 ~ 0.11%를 더 포함하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the alloy further contains 0.05 to 0.14% Fe and 0.05 to 0.11% S.
여기서, 상기 합금은 α-TiAl 및 γ-Ti3Al의 2상으로 이루어지는 층상조직(lamellar structure)을 가지는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the alloy has a lamellar structure composed of two phases of? -TiAl and? -Ti 3 Al.
이 때, 상기 합금을 이용하여 터보차저(turbo charger)의 터빈휠(turbine wheel)을 주조하는 것이 바람직하다.
At this time, it is preferable to cast a turbine wheel of a turbocharger using the alloy.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)이 α-TiAl 및 γ-Ti3Al으로 이루어지는 2상의 층상조직(lamellar structure)을 구성함으로써, 합금의 내열성 및 크리프 저항성과 같은 고온특성을 향상시키는 장점이 있으며, 가열 및 냉각 중에 상변태가 일어나지 않아 상변태로 인한 합금의 팽창을 억제하여 수치 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.Effects of the present invention having the configuration as mentioned above, titanium (Ti) and aluminum (Al) is α-TiAl and γ-Ti 3 2 on the lamellar structure composed of Al (lamellar structure) configuration, heat resistance and creep of the alloy by Temperature characteristics such as resistance can be improved and phase transformation does not occur during heating and cooling, so that the expansion of the alloy due to the phase transformation can be suppressed and the numerical stability can be secured.
또한, 본 발명은 종래 터보차저의 터빈휠에 적용되는 Ni계 주조합금에 비하여 밀도가 절반 수준이므로 터보차저의 응답성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Further, the present invention has an advantage that the response of the turbo charger can be improved because the density is half the density of the Ni-based cast alloy applied to the turbine wheel of the conventional turbocharger.
도 1은 800℃/60MPa에서 실시예 및 비교예의 크리프 시간을 비교한 그래프이다.
도 2는 900℃/60MPa에서 실시예 및 비교예의 크리프 시간을 비교한 그래프이다.1 is a graph comparing the creep times of Examples and Comparative Examples at 800 ° C / 60 MPa.
2 is a graph comparing the creep times of Examples and Comparative Examples at 900 ° C / 60 MPa.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
이하, 표 및 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to tables and drawings.
본 발명은 크리프 저항성이 우수한 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금에 관한 것이다.
The present invention relates to a titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy excellent in creep resistance.
구체적으로, α-TiAl 및 γ-Ti3Al의 2상으로 이루어지는 기지(base)조직인 층상조직(lamellar structure)을 형성하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금은 고온 크리프(creep) 저항성 및 내열성 등을 향상시키기 위해 나이오븀(Nb), 붕소(B) 및 기타 불가피한 불순물 등을 포함하는 것이 바람직하며, 탄소(C), 실리콘(Si), 크로뮴(Cr), 바나듐(V), 니켈(Ni), 철(Fe) 및 황(S) 등을 더 포함하는 것이 바람직하다. More specifically, α-TiAl and titanium (Ti) to form a lamellar structure (lamellar structure) tissue base (base) made of a second phase of the γ-Ti 3 Al - aluminum (Al) alloys have high temperature creep (creep) resistance and heat resistance (C), silicon (Si), chromium (Cr), vanadium (V), nickel (Ni), and the like ), Iron (Fe), sulfur (S), and the like.
보다 구체적으로, 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al) 등으로 구성된 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 기지조직은 α-TiAl 및 γ-Ti3Al의 2상인 층상조직으로 이루어진 미세조직을 가지기 때문에 내열성이 우수하고, 온도 변화에 따라 상변태가 거의 일어나지 않아 치수안정성이 우수한 합금이다. More specifically, titanium (Ti) and aluminum-titanium (Ti) consisting of (Al), such as aluminum (Al) base structure of alloys have a microstructure consisting of two merchant lamellar structure of the α-TiAl and γ-Ti 3 Al Therefore, it is an alloy excellent in heat stability and little in phase transformation due to temperature change and excellent in dimensional stability.
여기서, 상기 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금에 나이오븀(Nb) 및 붕소(B)를 첨가하여 층상조직을 더욱 미세화하여 합금의 고온강도, 인성 및 고온에서 크리프 저항성을 향상시킬 수 있다. Herein, niobium (Nb) and boron (B) are added to the titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy to further refine the layered structure to improve the creep resistance at high temperature strength, toughness and high temperature of the alloy.
또한, 상기 합금에 탄소(C) 및 실리콘(Si)을 더 첨가하여, 기지조직을 안정화하여 고온에서 크리프 저항성을 향상시킬 수 있으며, 크로뮴(Cr) 및 바나듐(V)을 더 첨가하여, 고온에서 안정한 탄화물의 형성하여 고온에서 크리프 저항성을 향상시킬 수 있고, 니켈(Ni)을 더 첨가하여 고온에서 크리프 저항성 향상 시 수반되는 인성 저하를 방지할 수 있으며, 철(Fe) 및 황(S)을 더 첨가하여, 합금의 가공성을 확보할 수 있다.Further, carbon (C) and silicon (Si) are further added to the alloy to stabilize the matrix structure to improve the creep resistance at high temperatures. Further, chromium (Cr) and vanadium (V) (Fe) and sulfur (S) can be prevented from being added to the steel sheet, and it is possible to improve the creep resistance at high temperature by addition of nickel (Ni) And the workability of the alloy can be secured.
이 때, 중량%로 상기 티타늄(Ti)은 51 ~ 55%, 알루미늄(Al)은 30 ~ 32%, 나이오븀(Nb)은 12.9 ~ 15.4%, 붕소(B)는 0.0005 ~ 0.003%, 탄소(C)는 0.05 ~ 0.14%, 실리콘(Si)은 0.11 ~ 0.27%, 크로뮴(Cr)은 0.53 ~ 0.74%, 바나듐(V)은 0.12 ~ 0.26%, 니켈(Ni)은 0.15 ~ 0.25%, 철(Fe)은 0.05 ~ 0.14% 및 황(S)은 0.05 ~ 0.11%인 것이 바람직하다.
In this case, the amount of titanium (Ti) is 51 to 55%, aluminum (Al) is 30 to 32%, niobium (Nb) is 12.9 to 15.4%, boron (B) is 0.0005 to 0.003% (Ni), 0.15 to 0.25% of vanadium (V), 0.15 to 0.25% of vanadium (V), 0.15 to 0.25% of chromium (Cr) Fe) of 0.05 to 0.14% and sulfur (S) of 0.05 to 0.11%.
이하, 본 발명에 포함되는 각 구성성분의 기능 및 그 함량 이유를 구체적으로 확인한다.
Hereinafter, the function of each component contained in the present invention and the reason for its content will be specifically confirmed.
1. 본 발명의 구성성분 및 함량1. Components and content of the present invention
1.1. 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)1.1. Titanium (Ti) and aluminum (Al)
상기 티타늄(Ti)와 알루미늄(Al)을 주성분으로 하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 기지조직은 α-TiAl 및 γ-Ti3Al의 2상으로 이루어지는 층상조직을 구성하여, 합금의 고온강도 및 고온인성과 같은 고온특성을 향상시킬 수 있기 때문에, 고온에서 크리프 저항성 및 내열성 등을 극대화할 수 있다. The titanium (Ti) and aluminum (Al), titanium (Ti) as a main component - the base structure of aluminum (Al) alloy is composed of a lamellar structure composed of a two-phase of α-TiAl and γ-Ti 3 Al, the alloy Temperature characteristics such as high temperature strength and high temperature toughness can be improved, so that creep resistance and heat resistance at high temperature can be maximized.
이 때, 상기 티타늄(Ti)은 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 51 ~ 55%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 티타늄(Ti)이 51% 미만일 경우, 상대적으로 α-TiAl 조직이 증가하여 전체 층상조직의 균형이 깨지므로, 고온에서 크리프 저항성 및 내열성 등이 저감될 수 있다. 반면 상기 티타늄(Ti)이 55% 초과일 경우, 상대적으로 γ-Ti3Al 조직이 증가하여 전체 층상조직의 균형이 깨지므로, 역시 고온에서 크리프 저항성 및 내열성 등이 저감될 수 있다.At this time, the titanium (Ti) is preferably 51 to 55% by weight based on the weight of the entire alloy. At this time, when the amount of titanium (Ti) is less than 51%, the α-TiAl structure is relatively increased and the balance of the whole layer structure is broken, so that creep resistance and heat resistance at high temperature can be reduced. On the other hand, when the content of titanium (Ti) exceeds 55%, the structure of γ-Ti 3 Al is relatively increased and the balance of the whole layer structure is broken, so that creep resistance and heat resistance at high temperature can be reduced.
또한, 상기 알루미늄(Al)은 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 30 ~ 32%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 알루미늄(Al)이 30% 미만일 경우, 상기 티타늄(Ti)이 55% 초과일 때와 마찬가지로 상대적으로 γ-Ti3Al 조직이 증가하여 전체 층상조직의 균형이 깨지므로, 고온에서 크리프 저항성 및 내열성 등이 저감될 수 있다. 반면 상기 알루미늄(Al)이 32% 초과일 경우, 상기 티타늄(Ti)이 51% 미만일 때와 마찬가지로 상대적으로 α-TiAl 조직이 증가하여 전체 층상조직의 균형이 깨지므로, 역시 고온에서 크리프 저항성 및 내열성 등이 저감될 수 있다.
The aluminum (Al) is preferably 30 to 32% by weight based on the weight of the entire alloy. At this time, when the aluminum (Al) is less than 30%, the γ-Ti 3 Al structure increases relatively as in the case where the titanium (Ti) exceeds 55%, and the balance of the whole layer structure is broken, Resistance and heat resistance can be reduced. On the other hand, when the aluminum (Al) content exceeds 32%, the α-TiAl structure is relatively increased and the balance of the whole layer structure is broken as in the case where the titanium (Ti) content is less than 51%, so that the creep resistance and heat resistance Etc. can be reduced.
1.2. 나이오븀(Nb)과 붕소(B)1.2. Niobium (Nb) and boron (B)
상기 나이오븀(Nb)은 상기 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 내산화성 등을 향상시키고, α-TiAl 및 γ-Ti3Al 등의 층상간격을 더욱 미세화시키므로, 상기 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 고온에서 크리프 저항성을 향상시키기 위해 첨가되는 원소이다. The niobium improves the oxidation resistance and the like of the titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy and further reduces the layer-to-layer spacing of? -TiAl and? -Ti 3 Al. It is an element added to improve creep resistance at high temperature of aluminum (Al) alloy.
이 때, 상기 나이오븀(Nb)은 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 12.9 ~ 15.4%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 나이오븀(Nb)이 12.9% 미만일 경우, 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 충분한 크리프 저항성을 기대하기 어려운 반면, 상기 나이오븀(Nb)이 15.4% 초과일 경우, 향상되는 크리프 저항성이 포화되어 경제성이 저하될 수 있다. At this time, the niobium (Nb) is preferably 12.9 to 15.4% by weight based on the weight of the entire alloy. At this time, when the niobium (Nb) is less than 12.9%, it is difficult to expect sufficient creep resistance of the titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy. On the other hand, when the niobium (Nb) exceeds 15.4% The creep resistance is saturated and the economical efficiency may be lowered.
또한, 상기 붕소(B)는 미량으로 거대 층상조직의 성장을 억제하여, 미세 층상조직을 형성하는데 도움을 주는 원소이며, 상기 붕소(B)는 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 0.0005 ~ 0.003%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 붕소(B)가 0.0005% 미만일 경우, 층상조직의 성장을 충분히 억제하기 어려운 반면, 상기 붕소(B)가 0.003% 초과일 경우, 과도한 붕소 탄화물이 입계에 형성되어 합금의 취성이 유발될 수 있다.
The boron (B) is an element which suppresses the growth of macroparticular structure and forms a microstratified structure, and the boron (B) is added in an amount of 0.0005 to 0.003% by weight, . If the amount of boron (B) is less than 0.0005%, it is difficult to sufficiently suppress the growth of the layered structure. On the other hand, when the amount of boron (B) exceeds 0.003%, excess boron carbide is formed in the grain boundary, .
1.3. 탄소(C)와 실리콘(Si)1.3. Carbon (C) and silicon (Si)
상기 탄소(C)는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 주조성(castability)을 향상시키며, 크로뮴(Cr) 및 바나듐(V) 등과 결합하여, 고온에서 안정한 탄화물 형성하여 고온에서 크리프 저항성을 향상 시키며, 내열성을 향상시키는 원소이다. The carbon (C) improves the castability of a titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy and forms a stable carbide at high temperatures by combining with chromium (Cr) and vanadium (V) And improve the heat resistance.
이 때, 상기 탄소(C)는 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 0.05 ~ 0.14%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 탄소(C)가 0.05% 미만일 경우, 충분한 탄화물을 형성하기 여러운 반면, 상기 탄소(C)가 0.14% 초과일 경우, 조대 탄화물을 형성하여 고온강도 저하 및 합금의 취성 등을 유발활 수 있다. At this time, the carbon (C) is preferably 0.05 to 0.14% by weight based on the weight of the entire alloy. If the amount of carbon (C) is less than 0.05%, sufficient carbide is formed, whereas when the amount of carbon (C) is more than 0.14%, coarse carbide is formed to cause high temperature strength deterioration and brittleness of the alloy It can be active.
또한, 상기 실리콘(Si)은 용융상태의 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 유동성을 향상시켜, 합금에 포함되는 원소가 균일하게 분포할 수 있도록 하며, 층상조직의 안정화를 통해 고온에서 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 크리프 저항성을 향상시키는 원소이다.The silicon (Si) improves the fluidity of the molten titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy so that the elements contained in the alloy can be uniformly distributed. By stabilizing the layered structure, (Ti) -Aluminum (Al) alloy.
이 때, 상기 실리콘(Si)는 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 0.11 ~ 0.27%인 것이 바람직하며, 상기 실리콘(Si)이 0.11% 미만일 경우, 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 충분한 크리프 저항성을 기대하기 어려운 반면, 상기 실리콘(Si)이 0.27% 초과일 경우, 향상되는 크리프 저항성이 포화되어 경제성이 저하될 수 있다.
At this time, it is preferable that the silicon (Si) is 0.11 to 0.27% by weight with respect to the weight of the total alloy, and when the silicon (Si) is less than 0.11%, the sufficient amount of the titanium (Ti) It is difficult to expect creep resistance. On the other hand, when the silicon (Si) content exceeds 0.27%, the creep resistance to be improved is saturated and the economical efficiency may be lowered.
1.4. 크로뮴(Cr)과 바나듐(V)1.4. Chromium (Cr) and vanadium (V)
상기 크로뮴(Cr)은 탄소(C)와 결합하여 고온에서 안정한 탄화물을 형성하여 고온에서 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 크리프 저항성을 향상시키며, 합금의 내산화성을 높이는 원소이다. The chromium (Cr) binds with carbon (C) to form a stable carbide at a high temperature, thereby improving the creep resistance of the titanium (Ti) -Aluminum (Al) alloy at high temperature and increasing the oxidation resistance of the alloy.
이 때, 상기 크로뮴(Cr)은 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 0.53 ~ 0.75%인 것이 바람직하며, 상기 크로뮴(Cr)이 0.53% 미만일 경우, 충분한 크리프 저항성 및 내산화성을 기대하기 어려운 반면, 상기 크로뮴(Cr)이 0.75% 초과일 경우, 입계에 조대 탄화물이 생성되어 입계파괴(intergranular fracture)가 발생할 수 있다. At this time, it is preferable that the chromium (Cr) is 0.53 to 0.75% by weight based on the weight of the entire alloy. When the chromium (Cr) is less than 0.53%, sufficient creep resistance and oxidation resistance are difficult to expect, When the chromium (Cr) is more than 0.75%, coarse carbide is generated in the grain boundary, and intergranular fracture may occur.
또한, 상기 바나듐(V)은 탄소(C)와 결합하여 고온에서 안정한 탄화물을 형성하며, 층상조직의 성장에 관여하여 상기 층상조직을 미세하게 만들기 때문에 고온에서 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 크리프 저항성을 향상시키는 원소이다.The vanadium (V) bonds with carbon (C) to form a stable carbide at a high temperature. Since the vanadium (V) participates in the growth of the layered structure to finely form the layered structure, the titanium (Ti) Which improves creep resistance.
이 때, 상기 바나듐(V)은 전체 합금 중량에 대하여, 0.12 ~ 0.26%인 것이 바람직하며, 상기 바나듐(V)이 0.12% 미만일 경우, 충분한 크리프 저항성을 기대하기 어려운 반면, 상기 바나듐(V)이 0.26% 초과일 경우, 향상되는 크리프 저항성이 포화되어 경제성이 저하될 수 있다.
In this case, the vanadium (V) is preferably 0.12 to 0.26% based on the weight of the entire alloy. When the vanadium (V) is less than 0.12%, it is difficult to expect sufficient creep resistance. If it is more than 0.26%, the creep resistance to be improved is saturated and the economical efficiency may be lowered.
1.5 니켈(Ni)1.5 Nickel (Ni)
상기 니켈(Ni)은 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 인성(toughness)을 향상시켜 취성(brittleness)을 방지하기 위한 원소이며, 상기 니켈(Ni)은 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 0.15 ~ 0.25%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 니켈(Ni)이 0.15% 미만일 경우, 합금의 충분한 인성 향상이 어려울 수 있는 반면, 상기 니켈(Ni)이 0.25% 초과일 경우, 상온에서 합금의 강도가 급격히 저하될 수 있다.
The nickel (Ni) is an element for preventing brittleness by improving toughness of a titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy. The nickel (Ni) And it is preferably 0.15 to 0.25%. If the nickel (Ni) content is less than 0.15%, it may be difficult to improve the toughness of the alloy sufficiently. On the other hand, when the nickel content exceeds 0.25%, the strength of the alloy may be rapidly lowered at room temperature.
1.6. 철(Fe)과 황(S)1.6. Iron (Fe) and sulfur (S)
상기 철(Fe)과 황(S)은 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금에 미량 첨가되어, 합금의 피삭성(machinability)과 같은 가공성을 향상시켜 양산이 용이하게 하는 원소이다. The iron (Fe) and sulfur (S) are added to the titanium (Ti) -Aluminum (Al) alloy in small amounts to improve workability such as machinability of the alloy and facilitate mass production.
상기 철(Fe)과 황(S)은 전체 합금 중량에 대하여, 중량%로 각각 0.05 ~ 0.14%인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 철(Fe)과 황(S)이 각각 0.05% 미만일 경우, 충분한 가공성을 획득하기 어려운 반면, 상기 철(Fe)과 황(S)이 각각 0.14% 초과일 경우, 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금의 고온 강도가 저하될 수 있다.
The iron (Fe) and sulfur (S) are preferably 0.05 to 0.14% by weight based on the weight of the entire alloy. When the iron (Fe) and sulfur (S) are each less than 0.05%, it is difficult to obtain sufficient workability. On the other hand, when the iron (Fe) and sulfur (S) - High temperature strength of aluminum (Al) alloy may be lowered.
2. 용도2. Usage
본 발명에 따른 크리프 저항성이 우수한 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금은 가혹한 조건에서 크리프 저항성과 같은 우수한 물성이 요구되는 곳에 적용되는 것이 바람직하며, 특히 고출력 터보엔진의 고온 작동 부품인 터보차저(turbo charger)의 터빈휠(turbine wheel)에 적용되는 것이 바람직하다.
The titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy having excellent creep resistance according to the present invention is preferably applied to a region where excellent physical properties such as creep resistance are required under harsh conditions. Particularly, a turbocharger turbocharger of a turbocharger.
3. 제조방법3. Manufacturing Method
본 발명인 크리프 저항성이 우수한 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금은 공지의 기술을 참조하여 당업자가 적절히 제조할 수 있으며, 본 발명에 따른 합금을 이용하여 터보차저(turbo charger)의 터빈휠(turbine wheel) 등을 주조하는 것이 바람직하다.
A titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy having excellent creep resistance according to the present invention can be suitably manufactured by those skilled in the art with reference to known technologies. The alloy according to the present invention can be used to produce a turbine wheel of a turbocharger wheel and the like are preferably cast.
[실시예]
[Example]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.
본 발명에 따른 크리프 저항성이 우수한 티타늄-알루미늄 합금의 고온에서 크리프 저항성의 우수성을 확인하기 위하여, 하기 표 1과 같은 함량을 포함하는 시험편을 제조 후, 800℃/60MPa에서 크리프 수명과 900℃/60MPa에서 크리프 수명을 각각 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
In order to confirm the superior creep resistance at high temperature of the titanium-aluminum alloy having excellent creep resistance according to the present invention, a test piece containing the same contents as shown in Table 1 was manufactured, and then the creep life at 900 ° C / And the creep life is measured in Table 2 below.
상기 표 1은 실시예 및 비교예의 800℃/60MPa 및 900℃/60MPa에서 크리프 저항성을 측정하기 위한 시험편의 구성성분에 대한 함량을 비교한 표이며, 상기 표를 근거로 실시예 및 비교예의 시험편을 제조하였다.
Table 1 is a table for comparing the contents of the test pieces for constituting components for measuring the creep resistance at 800 캜 / 60 MPa and 900 캜 / 60 MPa of the examples and the comparative examples. Based on the above table, .
상기 표 2는 상기 표 1에 제시된 구성성분으로 구성된 시험편에 대한 800℃/60MPa에서 크리프 시간을 비교한 표이며, 크리프 저항성 시험조건은 ASTM E139 ‘Standard Test Methods for Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials’에 따라 800℃/60MPa 및 900℃/60MPa에서 시험편이 파단될 때까지 시간을 측정하였다. Table 2 compares the creep times at 800 ° C / 60 MPa for the test pieces composed of the constituents shown in Table 1. The creep resistance test conditions were ASTM E139 'Standard Test Methods for Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress The time was measured until the specimens broke at 800 ° C / 60 MPa and 900 ° C / 60 MPa according to 'Rupture Tests of Metallic Materials'.
상기 표에 정리한 시험결과의 쉬운 비교를 위해 표의 데이터를 그래프로 나타내었다. 도 1은 800℃/60MPa에서 실시예 및 비교예의 크리프 시간을 비교한 그래프이며, 도 2는 900℃/60MPa에서 실시예 및 비교예의 크리프 시간을 비교한 그래프이다.The data of the table are shown graphically for easy comparison of the test results summarized in the above table. FIG. 1 is a graph comparing the creep times of Examples and Comparative Examples at 800 ° C./60 MPa, and FIG. 2 is a graph comparing creep times of Examples and Comparative Examples at 900 ° C./60 MPa.
상기 시험결과 두 조건에서 모두 실시예가 비교예보다 시험편이 파단될 때까지 시간 즉, 크리프 시간이 가장 길었다. 이 결과는 실시예가 비교예보다 시험편의 파단이 억제된다는 것을 뜻하므로, 실시예의 크리프가 억제된다고 판단할 수 있다. As a result of the test, the time required for the test piece to break, that is, the creep time, was the longest in all of the Examples and Comparative Examples. This result means that the fracture of the test piece is suppressed in the example compared to the comparative example, so that it can be judged that the creep of the embodiment is suppressed.
보다 구체적으로, 비교예 1 내지 비교예 4를 통해, 나이오븀(Nb) 및 붕소(B)의 함량이 본 발명을 벗어날 경우, 크리프 시간이 짧다는 것을 알 수 있었으며, 이것은 상기 비교예의 크리프 저항성이 실시예보다 열등하다는 것을 뜻한다. More specifically, it was found through comparison examples 1 to 4 that the creep time was short when the content of niobium (Nb) and boron (B) deviated from the present invention. This indicates that the creep resistance of the comparative example Which means it is inferior to the embodiment.
또한, 비교예 15 내지 비교예 18을 통해, 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량이 본 발명을 벗어날 경우, 역시 크리프 시간이 짧다는 것을 알 수 있었으며, 이것은 상기 비교예의 크리프 저항성이 실시예보다 열등하다는 것을 뜻한다. It was also found from the comparison examples 15 to 18 that the creep time was short when the content of carbon (C) and silicon (Si) deviated from the present invention. This indicates that the creep resistance of the comparative example It means that it is inferior.
또한, 비교예 7 내지 비교예 10을 통해, 크로뮴(Cr) 및 바나듐(V)의 함량이 본 발명을 벗어날 경우, 크리프 시간이 짧다는 것을 알 수 있었으며, 이것은 상기 비교예의 크리프 저항성이 실시예보다 열등하다는 것을 뜻한다. Further, it was found through comparison examples 7 to 10 that the creep time was short when the content of chromium (Cr) and vanadium (V) deviated from the present invention. This indicates that the creep resistance of the comparative example It means inferiority.
또한, 비교예 13 및 비교예 14를 통해, 니켈(Ni)의 함량이 본 발명을 벗어날 경우, 크리프 시간이 짧다는 것을 알 수 있었으며, 이것은 상기 비교예의 크리프 저항성이 실시예보다 열등하다는 것을 뜻한다. Further, it was found through Comparative Example 13 and Comparative Example 14 that when the content of nickel (Ni) deviated from the present invention, the creep time was short, which means that the creep resistance of the comparative example is inferior to that of the embodiment .
또한, 비교예 11, 비교예 12, 비교예 15 및 비교예 16을 통해 철(Fe) 및 황(S)의 함량이 본 발명을 벗어날 경우, 크리프 시간이 짧다는 것을 알 수 있었으며, 이것은 상기 비교예의 크리프 저항성이 실시예보다 열등하다는 것을 뜻한다. It was also found that when the contents of iron (Fe) and sulfur (S) deviated from the present invention through Comparative Example 11, Comparative Example 12, Comparative Example 15 and Comparative Example 16, the creep time was short, Which means that the exemplary creep resistance is inferior to the example.
따라서 본 발명에 따른 구성성분 및 그 함량에 따른 티타늄-알루미늄 합금은 고온에서 종래 비교예보다 크리프 저항성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
Accordingly, it was confirmed that the titanium-aluminum alloy according to the present invention and the content thereof are superior in creep resistance at a high temperature to the conventional comparative example.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in connection with the specific embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. Various modifications and variations are possible.
Claims (7)
Titanium (Ti) -aluminum (Al) alloy characterized by comprising, by weight%, 51 to 55% of Ti, 30 to 32% of Al, 12.9 to 15.4% of Nb, 0.0005 to 0.003% of B and other unavoidable impurities. Alloy.
상기 합금은 C : 0.05 ~ 0.14% 및 Si : 0.11 ~ 0.27%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy further comprises 0.05 to 0.14% of C and 0.11 to 0.27% of Si.
상기 합금은 Cr : 0.53 ~ 0.74% 및 V : 0.12 ~ 0.26%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy further comprises 0.53 to 0.74% of Cr and 0.12 to 0.26% of V.
상기 합금은 Ni : 0.15 ~ 0.25%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy further comprises 0.15 to 0.25% Ni. ≪ RTI ID = 0.0 > 15. < / RTI >
상기 합금은 Fe : 0.05% ~ 0.14% 및 S : 0.05 ~ 0.11%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy further comprises 0.05% to 0.14% Fe and 0.05% to 0.11% S (Al).
상기 합금은 α-TiAl 및 γ-Ti3Al의 2상으로 이루어지는 층상조직(lamellar structure)을 가지는 것을 특징으로 하는 티타늄(Ti)-알루미늄(Al) 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy has a lamellar structure consisting of two phases of? -TiAl and? -Ti 3 Al.
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