[논문]내열 주조 합금 (IN-657) 파괴 거동 해석을 위한 Ni-Cr-Nb-C 시스템 열역학 모델링

김동응

doi:10.7777/jkfs.2021.41.5.445

내열 주조 합금 (IN-657) 파괴 거동 해석을 위한 Ni-Cr-Nb-C 시스템 열역학 모델링
Thermodynamic Modeling of Ni-Cr-Nb-C System for Analysis of Fracture Behavior of Heat-resistant Casting Alloys (IN-657) 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.41 no.5, 2021년, pp.445 - 453

김동응 (한국생산기술연구원 뿌리기술연구소 스마트액상성형연구부문)

초록
AI-Helper

다양한 합금계에 대한 계산열역학은 CALPHAD 기법으로 잘 알려져있다. 실험적으로 측정된 열역학 특성들을 활용하여 각 상에 대한 Gibbs 에너지 모델 파라미터들을 구하여, 주로 실험적으로 측정되지 못한 영역에 대한 예측이나 실험 결과에 대한 열역학 해석에 활용되고 있다. 본 연구에서는 내열 주조 합금 (IN-657)이 장시간 사용 후에 일정 영역에서 파괴되는 현상의 열역학적 해석을 위해 Ni-Cr-Nb-C 사원계 시스템의 열역학 모델링을 수행하였고, Cr 함량에 따른 시스템의 안정상, 온도에 따른 상분율 및 Ni₂Cr상의 long range ordering 파라미터를 계산하였고 실험결과와 비교하였다. 계산된 열역학 물성들은 실험으로 보고된 파괴온도 영역 및 해당 영역에서 생성된 안정상에 대한 결과를 잘 설명한다. CALPHAD 기법을 통한 열역학 모델링은 다양한 주조 합금의 열역학적 거동을 해석하고 예측하는데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Computational thermodynamics for various alloy systems is well known as the CALPHAD technique. Gibbs energy model parameters for each phase are obtained from experimentally measured thermodynamic properties and are mainly used to predict areas not experimentally measured and to analyze experimental results thermodynamically. In this study, the thermodynamic modeling of the Ni-Cr-Nb-C quaternary system is conducted for a thermodynamic analysis of the phenomena by which heat-resistant cast alloys (IN-657) are destroyed in certain areas after long-term use. The stable phases in the system according to the Cr content, phase fraction depending on the temperature, and long-range ordering parameters for the Ni2Cr phase are calculated and compared to results obtained experimentally. The calculated thermodynamic properties suitably explain the experimentally reported fracture temperature range and the results of stable phases formed in the fractured areas. Thermodynamic modeling through the CALPHD method is expected to be useful for analyzing and predicting the thermodynamic behaviors of various cast alloys.

주제어

표/그림 (15)

표 Table 1. Composition of Heat-Resistant Alloy Castings [1]
그림 Fig. 1. Calculated phase diagram of Ni-Cr system.
그림 Fig. 2. Calculated phase diagram of Ni-Nb system.
그림 Fig. 3. Calculated phase diagram of Ni-C system.
그림 Fig. 4. Calculated phase diagram of Cr-Nb system.
그림 Fig. 5. Calculated phase diagram of Cr-C system.
그림 Fig. 6. Calculated phase diagram of Nb-C system.
그림 Fig. 7. Calculated isothermal section of C-Cr-Nb system at 1050oC
표 Table 2. Experimental data [17] and calculated values [9] of entropies, heat capacities and enthalpies of carbides in Cr-C system
그림 Fig. 8. Observed [20] and calculated (this work) isothermal section of Ni-Cr-Nb system at 1002ºC.
그림 Fig. 9. Calculated isothermal section of Ni-Cr-C system at 1500ºC from (a) Ref. [21] and (b) this work.
그림 Fig. 10. Calculated isothermal section of Ni-Nb-C system at 1500ºC from this work.
그림 Fig. 11. Calculated isopleth diagram for Cr contents and tem-perature in Ni-Cr-Nb-C system.
$Fig. 12. Calculated phase fraction versus temperature for Ni-48Cr-1.5Nb-0.05C alloy.$ 그림 Fig. 12. Calculated phase fraction versus temperature for Ni-48Cr-1.5Nb-0.05C alloy.
그림 Fig. 13. Calculated LRO of Ni₂Cr phase as a function of temperature along with experimental data [23].

참고문헌 (23)

Heat and Corrosion Resistant Castings: their engineering properties and applications, Nickel Development Institute, (2002).
I. Park, et al., Mechanism of Failure of UNS R20501 High Temperature Tube Support Pipes After 10 Years of Service, in CORROSION 2018 (2018).
Dinsdale, A.T., SGTE data for pure elements. Calphad, 15(4) (1991) 317.

상세보기
Bragg, W.L. and E.J. Williams, Proceedings of the Royal Society of London Series a-Mathematical and Physical Sciences, 151(A874) (1935) 0540.
Redlich, O. and A.T. Kister, Industrial and Engineering Chemistry, 40(2) (1948) 345.

상세보기
Kubaschewski, O., C.B. Alcock, and P. Spencer, Materials thermochemistry. revised. Pergamon Press Ltd, Headington Hill Hall, Oxford OX 3 0 BW, UK, 1993. 363, 1993.
B.J. Lee and S.K. Kim, "Atomic simulation and phase field model", Hongreung Publishing Company, Seoul (2016).
Gustafson, P., Calphad, 1988. 12(3) (1988) 277.

상세보기
B.J. Lee, Calphad, 16(2) (1992) 121.

상세보기
K.S Chan, Y.M. Pan, and Y.D. Lee, Metallurgical and Materials Transactions A, 37(7) (2006) 2039.

상세보기
Bolcavage, A. and U.R. Kattner, Journal of Phase Equilibria, 17(2) (1996) 92.

상세보기
Singleton, M. and P. Nash, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 10(2) (1989) 121.

상세보기
Gabriel, A., C. Chatillon and I. Ansara, High temperature science, 25 (1988) 17.

상세보기
Costa Neto, J.G., et al., Calphad, 17(3) (1993) 219.

상세보기
Peng, Y., et al., Calphad, 53 (2016) 10.

상세보기
Andersson, J.-O., Calphad, 11(3) (1987) 271.

상세보기
Chase Jr, M.W., J. Phys. Chem. Ref. Data, Monograph, 9 (1998).
Huang, W., Materials Science and Technology, 6(8) (1990) 687.

상세보기
Du, Y., et al., Calphad, 29(2) (2005) 140.

상세보기
Kodentsov, A., et al., Vestnik Moskovskogo Universiteta, Seriya 2. Khimiya, 1986. 27(3) (1986) 275.
Leonovich, B., Steel in Translation, 41(5) (2011) 371.

상세보기
Bragg, W.L. and E.J. Williams, Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, 145(855) (1934) 699.

상세보기
Vintaykin, Y.Z. and G.G. Urushadze, Fiz. Met. Metalloved., 27(5) (1969) 895.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증