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항공기용을 비롯한 발전용 및 대형선박에 사용되는 가스터빈은 압축부와 연소부, 터빈부로 크게 분류될 수 있다. 가스터빈의 성능에 가장 중요한 영향을 미치는 부분은 터빈부로서, 터빈 부품들은 1,000℃이상의 연소 가스와 직접 접촉하면서 작동되기 때문에 고온에서 강도와 내식‧내산화성이 우수한 초내열합금을 사용한다. 가스터빈의 열효율 및 추력을 증진시키기 위해서는 TIT (Turbine Inlet Temperature)를 높여 주어야 하나, 이럴 경우 더 높은 온도에서 견딜 수 있는 초내열 합금 및 주조 기술이 병행하여 뒷받침이 되어야 한다.[1] 초내열 합금의 주요 강화기구인 고용강화와 γ’ 석출강화 효과는 합금 조성과 열처리 조건에 의해서 결정이 되어지며 터빈 부품의 제조공정인 ...

항공기용을 비롯한 발전용 및 대형선박에 사용되는 가스터빈은 압축부와 연소부, 터빈부로 크게 분류될 수 있다. 가스터빈의 성능에 가장 중요한 영향을 미치는 부분은 터빈부로서, 터빈 부품들은 1,000℃이상의 연소 가스와 직접 접촉하면서 작동되기 때문에 고온에서 강도와 내식‧내산화성이 우수한 초내열합금을 사용한다. 가스터빈의 열효율 및 추력을 증진시키기 위해서는 TIT (Turbine Inlet Temperature)를 높여 주어야 하나, 이럴 경우 더 높은 온도에서 견딜 수 있는 초내열 합금 및 주조 기술이 병행하여 뒷받침이 되어야 한다.[1] 초내열 합금의 주요 강화기구인 고용강화와 γ’ 석출강화 효과는 합금 조성과 열처리 조건에 의해서 결정이 되어지며 터빈 부품의 제조공정인 주조 공정에서 강도를 향상시키는 방법은 결정립 미세화 강화이다. 하지만 주조 현장의 경험을 토대로 볼 때, 오히려 결정립 미세화 효과는 고온의 기계적 성질에 좋지 않은 결과를 초래할 때가 있다. 본 연구에서는 초내열 합금의 강화기구중 하나인 결정립 미세화 강화가 초내열 합금의 고온 강도에 어떠한 영향을 미치는지 파악하고자 하였다. 다결정 초내열 합금의 대표적인 Ni Based Superalloy IN 713C 합금을 활용하여 진공정밀주조법으로 시편을 제작하였으며, 이때 접종제와 냉각 조건을 변경시켜서 인위적으로 결정립의 크기를 조절하여 전체적으로 4가지 조건의 시편을 제작하여 상온, 고온 인장시험 및 Stress-Rupture 시험을 실시하였다. 시험한 각각의 시편에 대해 결정립 크기를 관찰하여 결정립 크기와 기계적 성질의 상관관계를 비교 분석하였으며, 본 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째 접종제(Inoculant, CoAl2O4 3%)를 face coat에 사용시 약 40%의 grain 미세화 되는 것을 확인하였다. 이는 주형벽의 Inoculant 성분이 용탕중의 Cr, Al, Ti등과 반응으로 생성된 Co 입자가 불균일 핵생성의 자리역할을 하는 것으로 추정된다. 또한 단열방안을 통해 응고속도를 인위적으로 조절 하므로써 냉각속도를 향상 시킬 때 결정립의 크기가 미세화 되는 것을 확인하였으며 시편부위가 가늘어 급냉될 때는 Grain이 내부까지 주상정 조직으로 성장되었다. 둘째 상온 인장시험의 경우 Grain Size가 미세하면 인장 강도 및 연신율이 증가 되었다. 이는 일반적인 결정립 미세화에 의한 강화효과로 많은 Grain Boundary가 전위의 이동을 방해하여 강도가 향상된 것으로 판단된다. 셋째 고온 인장시험에서는 Grain Size 미세화가 항복강도와 인장강도에 큰 영향을 미치지 않았으며, 927℃/227.5MPa의 조건으로 실시한 Stress-Rupture의 경우 수명은 오히려 감소하였다. 이는 상온 인장의 경우 미세한 다수의 결정립계가 전위의 이동을 방해하여 강도향상 효과를 보이지만 고온 물성시험에서는 파괴 Mechanism이 전위 이동보다는 Grain boundary Sliding에 더 많은 영향을 받기 때문인 것으로 사료된다.