초록 ▼

1차년도(1996년) 연구사업으로 수행된 연구내용은 고온압축시험을 통해 각 온도 및 변형속도 조건에서 변형량에 따른 유동응력의 변화거동을 연구하여 Alloy 718의 고온 변형기구를 규명하고 유동곡선을 유한요소해석을 위한 데이터로 활용하였다. 고온에서의 석출거동, 결정립 조대화등 미시구조의 고온안정성을 연구하였으며 합금의 경도에 미치는 냉각속도의 영향을 연구하여 최적의 열처리 조건을 도출할 수 있는 기본 데이터를 확보하였다. 실제 단조시의 최적 조건을 규명하기 위해서 해머와 스크류프레스에 의한 팬케익 자유단조를 수행하여 조직검사와

1차년도(1996년) 연구사업으로 수행된 연구내용은 고온압축시험을 통해 각 온도 및 변형속도 조건에서 변형량에 따른 유동응력의 변화거동을 연구하여 Alloy 718의 고온 변형기구를 규명하고 유동곡선을 유한요소해석을 위한 데이터로 활용하였다. 고온에서의 석출거동, 결정립 조대화등 미시구조의 고온안정성을 연구하였으며 합금의 경도에 미치는 냉각속도의 영향을 연구하여 최적의 열처리 조건을 도출할 수 있는 기본 데이터를 확보하였다. 실제 단조시의 최적 조건을 규명하기 위해서 해머와 스크류프레스에 의한 팬케익 자유단조를 수행하여 조직검사와 일부 기계적 특성을 조사하였다. 또한 국산 및 외산단조품의 특성을 비교하기 위해 영국 IEP Doncaster사에서 형단조를 수행하였다. 열간단조 공정 설계를 위한 등온단조 해석 및 열간단조 해석을 통해 금형형상 등 최적 단조공정을 설계하였다. 2차년도(1997) 연구사업의 연구내용은 1차년도에 수행된 예비 자유단조의 부위별 기계적 특성평가를 완료하여 최적의 단조조건을 수립하였고, 외산단조품의 조직 및 기계적 특성의 비교를 통해 가스터빈 디스크의 국산화 가능성을 조사하였다. 열간단조시 소재의 결정립을 예측하기 위해서 1차년도의 고온압축시험 결과와 추가로 압축시험한 결과를 통해 재결정모델을 수식화하였으며, 결정립분포 예측시스템 개발을 완료하였다. 또한 이 시스템을 Alloy 718 디스크 단조에 적용하여 신뢰성을 입증하였다. 실제 소형 가스터빈용 디스크의 제작을 위한 금형제작을 완료하여 이 단조금형에 의한 소형가스터빈용 디스크를 제작하였다. (주관기관) 한국기계연구원 : Alloy 718의 소성변형 및 기초특성 규명, 유한요소해석을 위한 재결정 모델링, Alloy 718 단조품의 기계적특성평가, 결정립예측시스템 개발, 비연계법에 의한 단조품의 결정립분포 해석 (위탁연구기관) 부산대학교 : 유한요소해석에 의한 단조금형 설계, 단조품의 결정립분포 연계해석 (공동연구기관) 세명전기공업(주) : 디스크제작을 위한 환경설정, Alloy 718 디스크 제작

Abstract ▼

First stage research was coducted from Aug. 1995 to July 1996. Hot deformation behavior of Alloy 718 was accessed by hot compression tests. Flow stresses corresponding to the strains at different temperatures and strain rates were used for FEM simulation. The precipitation behaviour and grain gro

First stage research was coducted from Aug. 1995 to July 1996. Hot deformation behavior of Alloy 718 was accessed by hot compression tests. Flow stresses corresponding to the strains at different temperatures and strain rates were used for FEM simulation. The precipitation behaviour and grain growth in Alloy 718 and the effect of cooling rate on hardness were investigated. The conditions for the optimal heat treatment was acquired. A forging trial, in order to obtain optimal forging conditions, were accomplished by the forging using a hammer and screw press. Mechanical properties and microstructures were investigated on the forged pancakes. Hot-forging was also made by the IEP Doncaster Ltd. to compare the qualities of the forged products. FEM simulation was need to design the optimum forging process for isothermal forging and hot forging. Second stage research was coducted from Aug. 1996 to July 1997. Forging conditions were optimized by the evaluation of mechanical properties of different locations of the forged products accomplished by the first year research. Comparisons were made between the domestic products and foreign products. In order to evaluate the grain-size distribution in hot-forged Alloy 718, the recrystallization during hot compression tests was assessed. A grain size distribution prediction system(GSPS) was developed. The GSPS successfully products the grain size distribution in actually forged Alloy 718 disks. A die was designed for small-size gas turbine disks, and actual forging was made to manufacture disks. (Prime Contrator)Korea Institute of Machinery and Metals: - Examination of plastic deformation behaviour of Alloy 718 at high temperatures - Modeling of recrystallization and FEM simulation - Evaluation of mechanical properties and microstructures of forged Alloy 718 disks - Development of a grain-size distribution prediction system (Sub Contrator)Pusan University - Die design and forging process simulation - Assessment of grain size distribution in forged Alloy 718 by the coupling method (Joint Contrator)Semyung Electric Machinery CO.,LTD. - Establishment to manufacturing process for Alloy 718 disk - Manufacture of Alloy 718 disks

목차 Contents

• 제1장 서 론...22
• 1. 단조기술과 관련된 기술보고...21
• 2. 연구목적...34
• 3. 연구내용...35
• 제2장 단련용 초내열합금 Alloy 718의 소성변형 및 기초특성...37
• 2.1 서 론...37
• 2.2 실험방법...38
• 2.3 실험 결과 및 고찰...43
• 2.3.1 Alloy 718의 압축변형거동...43
• 2.3.2 변형활성화에너지...44
• 2.3.3 변형속도 민감도(m)...49
• 2.3.4 미세조직 관찰...53
• 2.3.5 2단계 압축변형거동...57
• 2.3.6 Alloy 718의 고온안정성...57
• 2.4 결 론...81
• 2.5 참고문헌...84
• 제3장 터빈디스크 열간단조의 금형설계를 위한 요한요소해석...86
• 3.1 서 론...86
• 3.2 이론적 배경...92
• 3.2.1 강소성 유한요소법의 수식화...92
• 3.2.2 강소성 유한요소 방정식의 유도...93
• 3.2.3 비선형 방정식의 해...96
• 3.2.4 금형-소재 접촉면에서의 경계조건...98
• 3.2.5 강체영역의 처리...99
• 3.3 기본 단조단면 설계...101
• 3.3.1 단조품의 설계조건...101
• 3.3.2 단조품의 설계변수...101
• 3.4 유한요소해석법을 이용한 등온단조 공정설계...113
• 3.4.1 1차 단조공정설계...113
• 3.4.2 2차 단조공정설계...131
• 3.4.3 3차 단조공정설계...137
• 3.5 결 론...148
• 3.6 참고문헌...148
• 제4장 Alloy 718의 자유단조 및 외산단조품과의 특성비교...152
• 4.1 서론...152
• 4.2 실험방법...153
• 4.3 실험결과 및 고찰...160
• 4.3.1 Alloy 718의 열간단조시 단조품의 조직분석...160
• 4.3.2 기계적 특성 평가...172
• 4.3.3. 열간단조된 국산/외산 단조품의 특성비교...183
• 4.4 결 론...189
• 4.5 참고문헌...191
• 제5장 가스터빈디스크 단조의 유한요소해석 및 결정립분포 분석...192
• 5.1 서 론...192
• 5.2 실험방법...193
• 5.2.1 고온압축시험...193
• 5.2.2 스크류프레스에 의한 팬케익 단조의 유한요소해석...194
• 5.2.3 실제 디스크단조품의 결정립분포해석을 위한 유한요소해석...195
• 5.3 실험결과 및 고찰...195
• 5.3.1 Alloy 718의 재결정 모델링...195
• 5.3.2 열간단조시뮬레이션에 의한 미세조직 예측을 위한 비연계 해석...205
• 5.4 결 론...226
• 5.5 참고문헌...228
• 제6장 연계법에 의한 Alloy 718단조품의 결정립분포 해석...230
• 6.1 서 론...230
• 6.2 이론적 배경...232
• 6.2.1 점소성 유한요소 수식화...232
• 6.2.2 경제부분에서의 마찰항 및 강제영역의 처리...234
• 6.2.3 유한요소 분할화...234
• 6.2.4 온도방정식의 유도...235
• 6.2.5 재결정거동...236
• 6.2.6 평균재결정 크기...238
• 6.3 해석 조건...239
• 6.4 해석결과...240
• 6.5 결 론...244
• 6.6 참고문헌...245
• 제7장 열간금형단조에 의한 소형가스터빈용 Alloy 718 디스크 제작...325
• 7.1 Alloy 718의 Proto-type의 디스크 제작을 위한 환경설정...325
• 7.1.1 가열로 온도편차 측정...325
• 7.1.2 윤활조건...329
• 7.2 디스크 단조금형제작 및 금형 셋팅...330
• 7.3 Alloy 718의 디스크 제작 및 미세조직 관찰...331
• 제8장 결 론...337