[논문]IN792+Hf 초내열합금의 응고거동에 미치는 응고속도의 영향

배재식; 김현철; 이재현; 유영수; 조창용

IN792+Hf 초내열합금의 응고거동에 미치는 응고속도의 영향
The Effect of Solidification Rate on Solidification Behavior in IN792+Hf Superalloy 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.11 no.6, 2001년, pp.502 - 507

배재식 (창원대학교 금속재료공학과) , 김현철 (창원대학교 금속재료공학과) , 이재현 (창원대학교 금속재료공학과) , 유영수 (한국기계연구원 내열재료그룹) , 조창용 (한국기계연구원 내열재료그룹)

초록
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일방향응고법으로 IN792+Hf 초내열합금의 응고속도에 따른 응고거동의 변화에 대해 연구하였다. 조직관찰을 통해 각 상의 응고과정과 석출거동을 분석하였다 일방향응고시 응고속도가 감소하면 문자형의 탄화물은 면상 탄화물로 변화하였고 ${\gamma}$상과 탄화물의 결합은 탄화물의 수지상 성장에 의한 것임을 확인할 수 있었다. 긴 막대형상의 탄화물이 0.5$\mu\textrm{m}$/s의 응고속도에서 입계를 따라 형성되었으며 잔류액상지역에서 ${\gamma}$'형성원소가 풍부한 구역과 고갈된 구역이 발견되었다. 공정 ${\gamma}$/${\gamma}$'은 형성원소가 풍부한 구역에서 핵생성하였으며 공정 ${\gamma}$/${\gamma}$'의 형성은 잔류액상지역의 (Ti+Hf+Ta+W)/Al 비율을 높여 η상의 석출을 유발하였다. 느린 응고속도에서는 잔류액상지역으로부터의 충분한 역확산으로 (Ti+Hf+Ta+W)/Al 비율이 낮아져 η상의 석출이 억제되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of solidification rate on the microstructure of directionally solidified IN792+ Hf superalloy has been studied. Solidification sequence and precipitation behavior of the alloy have been analysed by microstructural observation. The script carbide transformed to faceted carbide with decreasing solidification rates. The incorporation of ${\gamma}$ phase into the faceted carbide was due to dendritic growth of carbides. Some elongated carbide bars formed along the grain boundaries at a solidification rate of 0.5$\mu\textrm{m}$/s. Two zones, ${\gamma}$' forming elements enriched zone and depleted zone, were found in the residual liquid area. Eutectic ${\gamma}$/${\gamma}$' nucleated in the f forming elements enriched zone. Formation of eutectic ${\gamma}$/${\gamma}$' increased the ratio of (Ti+Hf+Ta+W)/Al and induced η phase precipitation. The ratio of (Ti+Hf+Ta+W)/Al decreased at lower solidification rates due to sufficient back diffusion in the residual liquid area. Hence, the Precipitation of the η Phase efficiently suppressed at the lower solidification rate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 주조용 초내열합금 IN792+Hf의 일방향 응고중 순간 급랭 실험을 통하여 웅고계면과 웅고과정울 보존하여 관찰함으로서 웅고공정 변수에 따른 MC탄화물, 공정 r/y, η상 등의 형성거동 및 상관관계를 고찰하였다.

가설 설정

0.5/m/s의 응고속도에서는 그림 1 (b)와 같이 고/액 공존구간의 수지상간 영역은 액상 부와 직접 연결되어있으며 고/액 공존구간의 길이는 4mm 로 짧아진다. 또한 연결된 통로에 존재하는 잔류액상과 상부의 순수액상지역 사이의 확산은 충분하다.

제안 방법

IN₇₉2+Hf 초내열합금을 다양한 응고속도조건에서 일방향옹고시킨 후 각각의 옹고속도에 따른 미세조직의 변화를 관찰하여 MC형 탄화물의 석출록성 및 ?상의 형성과정과 원인울 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
연속적인 웅고과정과 탄화물 석출공정을 조사하기 위해 일방향응고 도중 급랭된 시편의 종단면을 연마하였다. Kalling's Reagent (2g CuCb+emlHCl+dOmlCzHsOH) 로 연마면울 에칭하고 광학현미경과 주사전자현미경 (JEOL JSM5800)을 사용해 웅고조건에 따라 관찰하였다. 조직관찰시각상은 EPMA (Electron Probe Microanalysis) 를 이용해 조성을 분석하여 구분하였다.
표 1에 모합금의 화학조성을 나타내었다. 모합금 잉고트를 직경 5mm, 길이 100mm로 가공하여 일방향응고용 시편을 제작하였으며 , 일방향옹고 중 순간 급냉이 가능하도록 설계된 Bridgeman형의 로에서 일방향 웅고시켰다.18) 고정된 알루미나 튜브에 시편을 강입 한 후 일방향웅고로를 진공에서 12001C까지 가열시킨 후, 산화방지를 위해 Ar분위기에서 실험온도인 16001C까지 다시 가열시켜 온도룔 유지한 상태에서 알루미나 류브률 따라 일정하게 조절된 속도로 로를 상승시킨다.
어두운 부분은 환형 (rim) 의 급랭된 액상 pool과 그 내부의 좁은 부분이 있다. 밝은 부분과 어두운 부분 그리고 공정 r/r 의 / 조성을 EPMA를 이용해 분석하였으며 그 결과는 표 2에 나타나있다. Hf, Ta 그리고 W의 L。peak이 겹쳐 나타나 이들을 따로 분리하는 것은 불가능하므로 Hf, Ta 그리고 W 의 조성합을 구분하지 않고 표에 나타내었다.
탄화물의 형성은 편석, 응고특성, 온도구배, 수지상의 형 상 둥 여러 공정변수에 의해 결정되므로 탄화물의 성장과정을 연구하는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 일방향응고시 응고계면에서 각 상들간의 석출 연관관계로부터 얻은 정보로 탄화물의 형성기구를 추정할 수 있다. 그림 3과 같이 5 ㎛/s의 응고속도로 일방향응고된 합금에서 탄화물의 위쪽으로 y 이 없는 구간이 발견되었다.
연속적인 웅고과정과 탄화물 석출공정을 조사하기 위해 일방향응고 도중 급랭된 시편의 종단면을 연마하였다. Kalling's Reagent (2g CuCb+emlHCl+dOmlCzHsOH) 로 연마면울 에칭하고 광학현미경과 주사전자현미경 (JEOL JSM5800)을 사용해 웅고조건에 따라 관찰하였다.
시편이 50mm까지 일방향 웅고되면 로 아래에 위치한 수냉실린더에 시편이 장입된 알루 미나튜브를 낙하시킨다. 일방향옹고된 시편은 급랭되어 고/액 계면을 유지하게 되며, 웅고속도를 0.5, 5 그리고 50㎛ /s로 다르게 하여 응고조건에 따른 미세구조 변화를 관찰하 고자 하였다.
Kalling's Reagent (2g CuCb+emlHCl+dOmlCzHsOH) 로 연마면울 에칭하고 광학현미경과 주사전자현미경 (JEOL JSM5800)을 사용해 웅고조건에 따라 관찰하였다. 조직관찰시각상은 EPMA (Electron Probe Microanalysis) 를 이용해 조성을 분석하여 구분하였다.

대상 데이터

본 연구에는 Cannon-Muskegon 사에서 구입한 IN792 + Hf 모합금울 사용하였다. 표 1에 모합금의 화학조성을 나타내었다.

성능/효과

1) 5, 50㎛/s의 응고속도에서 응고가 진행됨에 따라 r 수지상, MC형 탄화물, 공정 r// 그리고 η상의 석출이 순서대로 형성되었으며, 0.5㎛/s의 응고속도에서는 액상으로 부터, 세포상, MC형 탄화물의 순서로 응고가 진행되었다.
2) 탄화물의 형상은 고/액 공존구간의한 지점에서 급격히 변화하였으며, 이 지점은 웅고시 탄화물의 핵생성 위치로 사료된다. 탄화물의 형상과 위치는 응고속도 변화에 의한 탄화물 형성원소의 확산과 과냉도 그리고 합금의 응고시 고/액 계면의 형상에 의해 결정되는 것으로 판단된다.
4) 합금의 응고시 η상의 형성빈도는 아주 느린 응고속도 에서 감소하였으며 응고속도에 따른 η상의 형성빈도를 조 절하는 요소는 (Ti+Hf+Ta+W)/A) 비율이었다. 느린 웅고속도에서는 충분한 확산에 의해 (Ti+Hf+Ta + W)/ Al비율이 감소되어 /상의 형성이 억제된다.
Bouse10)는 최근 η상과 몇몇 평면상들이 주조 품의 얇은 부분이나 표면에 많이 석춭된다는 것을 밝혔다. 본 연구의 결과에 따르면 η상과 평면상은 마른 응고속도에서 관찰되었다.
그림 1과 같이 고/액 계면의 형상은 웅고속도가 느려짐에 따라 수지상 (dendrite) 에서 세포상 (cellular)으로 변화하며, 1차, 2차 수지상 가지 사이의 거리 (Dendrite Arm Spacing : DAS) 가 넓어진다. 응고속도가 5~50/zm/s의 범위일 때 고/액 계면의 길이 즉, 고/액 공존구간의 길이는 약 9mm였으며 웅고속도가 0.5 jtm/s가 되면 구간의 길이는 4nun로 감소하였다.
따라서 고/액 공존구간의 탄화물 형상변이 위치는 대략 일방향 웅고에서 탄화물의 핵 생성 위치로 간주할 수 있다. 이러한 결론은 탄화물 형상이 변화하는 위치와 같은 위치에서 탄화물 석출 빈도가 급격히 감소하는 사실로 뒷받침된다.
이상의 결과에 따르면, IN₇₉2 + Hf 초내열합금의 일방향 응고에서 탄화물의 형상과 위치는 응고속도 변화에 의한 탄화물 형성원소의 확산과 과냉도 그리고 합금의 응고시 고/액 계면의 형상에 의해 결정되는 것으로 판단된다.
이상의 논의는 η상의 석출이 합금의 평균조성 뿐 아니라 웅고하는 동안 원소들의 국부적 편석에 의해서도 영향을 받는다는 것을 보여준다. η상의 석출을 조절하는 요소는 국 부적인 <Ti+Hf+Ta+W)/Al비율이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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