니켈기 초내열 합금은 우수한 피로강도, 내열특성, 내충격성, 내마모성, 내식성 등의 장점을 가지고 있어서 우주항공 부품 등 일반 금속이 견딜 수 없는 고온에서 사용되며 선진국의 수출 제한으로 말미암아 우리나라에서의 독자적 연구가 시급히 필요하다. 니켈기 초내열 합금은 알루미늄, 티타늄, 크롬, 코발트, 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨, 붕소, 나이오븀 등의 10가지 이상의 원소를 첨가하여 기지상인 Ni에서 여러 가지 원소의 고용 및 석출강화로 인하여 고온에서 좋은 물성을 가진다. 니켈기 초내열 합금은 열처리 온도 및 사용온도에 따라 물성이 변화하기 때문에 합금의 목적에 맞게 사용하기 위해서 사용온도에 맞는 열처리가 중요하다. 따라서 석출물의 석출과 용해 등 상변태가 일어나는 온도를 정확히 알아야 한다. 본 연구에서는 시차주사열량계(DSC)로 25~1400℃까지 분당 5, 10, 20, 40℃의 속도로 가열과 냉각을 하면서 열분석을 실시하여 상변태 온도를 결정하고자 하였다. 그 결과 석출반응에 의한 발열피크와 용해반응에 의한 흡열피크가 나타났다. 승온속도에 대한 상변태 온도의 추세선을 그리고 이를 외삽함으로써 승온속도 및 냉각속도가 0℃/분인 등온조건에서 온도를 결정하였다. 결정한 온도는 가열과정에서 석출반응의 경우 544, 678, 925℃ 였으며 용해반응의 경우 1101, 1128, 1193, 1202, 1343℃ 였고 냉각과정에서 석출반응의 경우 1031, 1137, 1178, 1339℃였다. 결정한 온도에 대하여 그 온도에서 일어나는 반응의 종류를 확인하기 위하여 열처리를 실시하고 생성 또는 소멸하는 상을 조사하였다. 각 용해하는 상변태 온도에 대하여 온셋과 피크, 오프셋 온도를 조사였고 그 결과 2차 γ''상은 1068~1110℃의 온도범위에서 용해가 되었으며 반응이 가장 활발한 피크점의 온도는 1101℃였고 1차 γ''상 및 η상은 1111~1152℃의 온도범위에서 용해가 일어났고 반응이 가장 활발한 피크점의 온도는 1128℃였다. 붕화물은 1188~1206℃의 온도범위에서 용해되었으며 반응이 가장 활발한 피크점의 온도는 1193℃였으며 마지막으로 탄화물 및 γ상은 1274~1348℃의 온도범위에서 용융이 일어났으며 반응이 가장 활발한 피크점의 온도는 1343℃였다. 니켈기 초내열 합금의 고용한계선 온도, 고상선 온도, 액상선 온도는 각각 1152, 1274, 1348℃로 결정되었다.
Nickel based superalloys are used in aerospace turbine engine parts, which are exposed to high temperature since they have excellent fatigue strength, thermal properties, impact resistance, wear resistance and corrosion resistance. Because the alloys have more than 10 elements of Al, Ti, Cr, Co, W, Mo, Ta, B, Nb, as alloy components, it is important to know heat treatment temperature and phase transition temperature because properties are changed by heat treatment temperature. In this study, using heating rate and cooling rate of 5, 10, 20, or 40℃/min thermal analysis of nickel alloy samples were accomplished up to 25~1400℃ by differential scanning calorimetry(DSC). We observed endothermic and exothermic reactions. Transition temperature was determined under isothermal condition by extapolating the trend line to zero degree rate. Samples were heat treated at different temperatures and microstructures were examined. Dissolution of secondary γ'' phase was observed at temperatures between 1068, and 1110℃, having a peak at 1101℃. Dissolution of primary γ'' and η phases was at temperatures between 1111 and 1152℃, having a peak at 1128℃. Also, dissolution of the boride phase was at temperatures between 1188 and 1206℃, having a peak at 1128℃. γ matrix and carbide phase were dissolved at temperatures between 1274 and 1348℃ having a peak at 1343℃. It was determined that solvus, solidus, and liquidus temperatures were 1152, 1274 and 1348℃, respectively.
목차
국문요약제 1 장 서 론 = 1제 2 장 이론적 배경 = 32.1 니켈기 초내열 합금 = 32.2 금속간 화합물 = 52.3 니켈기 초내열 합금 첨가 원소 특성 및 역할 = 62.4 니켈기 초내열 합금 주요 석출 상 = 92.5 열분석 = 172.5.1 시차주사열량계(DSC) = 192.5.2 시차주사열량계(DSC) 측정 방법 = 192.5.3 상변태 온도 분석방법 = 25제 3 장 실험방법3.1 상분석 = 263.2 열분석 = 263.3 열처리 및 미세조직 분석 = 273.4 상변태 온도 결정 = 28제 4 장 결과 및 고찰 = 304.1 상분석 = 304.1.1 전자탐침미세분석(EPMA) = 304.1.2 투과전자현미경(TEM) = 344.2 시차주사열량계 분석 = 454.2.1 가열과정 = 454.2.2 냉각과정 = 454.2.3 등온조건에서의 상변태 온도 결정 = 504.3 열처리 및 미세조직 분석 = 544.3.1 열처리 온도의 결정 = 544.3.2 미세조직 분석 = 564.4 상변태 온도 결정 = 664.5 시효처리와 용체화처리에 대한 열분석 = 79제 5 장 결 론 = 84참고문헌 = 86ABSTRACT = 89