Fe-20Ni-20Co-3Mo-2.5W 내열합금의 기계적 특성에 미치는 열처리 조건의 영향

Abstract

일반적으로 내열강에는 Fe-Base, Ni-Base, Co-Base⁵⁾ 등이 있으며 사용특성상 적합한 재료를 선택적으로 적용하게 된다. Fe-Base내열강에는 HF(19%Cr-9%Ni), HH(25%Cr-12%Ni), HI(28%Cr-15 %Ni)⁶⁾등이 있으며 Ni-Base에는 Inconel 713C(12.5%Cr-4%Mo- 6%Al-2.5%Fe), Inconel 718(19%Cr-3%Mo-5%Nb-18.5%Fe)⁷⁾, astel loy-B, Hastelloy-C등이 있다. Co-Base에는 Hayness-21, Stellite#6, Stellite#21⁸⁾등 여러 종류가 있다. 초기의 Ni-Base 초합금은 영국에서 개발되었으며 Ni-20%Cr(Nimonic80)고용체이며 Ni₃(Al,Ti) 석출물은 만들기 위하여 2.25%Ti, 1.0% Al을 함유하고 있다. 이후 여기에 Mo, Co, Cb, Zr, B 및 기타합금원소⁹⁾를 첨가하여 성능을 개선하였다. Super-Alloy를 가장 많이 사용하는 분야는 항공기용 및 가스터빈이며 기타의 고온용도에도 상당히 적용되고 있다. 이들 재료는 고용강화 및 석출경화를 증가시키고 적당한 탄화물의 분포를 통하여 기계적 성질이 개선된다. Ni-Base에 존재하는 주요한 상은 일반적으로Matrix는 FCC배열¹⁰⁾의 Austenite조직이며 γ＇의 석출상 및 각종의 금속탄화물 M23C6탄화물 및 σ상이라는 것을 알 수 있다.

세포상 탄화물은 파괴가 빨리 일어나게 하고 σ상은 파괴를 빨리 일으킬 뿐만 아니라 저온취성을 갖게 한다. 열처리를 조건을 개선하여 세포상 탄화물 문제를 해결하였으며

또한 합금의화학조성을 변화시켜 σ상12)이 없는Fe-Base합금의 내열강특성을 개선하였다. Fe-20Ni-20Co-3Mo-2.5W-1Nb 초합금의 Heat Treatment Cycle에 따른 고온 기계적 특성에 관한 연구를 위하여 각각시험편에 대하여 Solution Treatment 온도는 1,180℃×2.0Hrs 유지 후 Water Quenching의 동일한 조건에서 실시 후 Aging Temperature와 Holding Time의 변화를 줄 경우 기계적 성질의 변화와 조직과의 관계를 연구한 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 전체적인 본 실험에서 용체화 시험에서 시험편 A, B 의 인장강도는 (470~563N/㎟)이며 항복강도는 (259∼286N/㎟)이다. 용체화 실험 후 시효시간은 3hr, 6hr, 10hr에 따라 시험편 A, B, C, D의 인장도의 값은 (486~542N/㎟)이며, 항복강도의 값은 (255~289N/ ㎟)이다. 신율의 값은 (12.7~26%)이다.

2) 항복강도의 변화는 시험편의 합금원소의 성분에 따른 A, B, C, D,에 서 고용체 처리만 한 시험편 A, B와 고용체 후 시간별 시효 처리한 시험편 A1 – D3 에서 항복 값이 255N/㎟에서 290N/㎟값으로 많은 변화는 없었다. 3) 주방상태의 조직은 MC 탄화물 로 되어있다. 1,180℃ 에서 고용화 열처리를 하면 결정립계는 깨끗하게 된며. 입자에서 아직 고용되지 않는 부분이 있다. 820℃~920℃의 온도에서 시효처리하면 대량의 MxCy 입자가 석출한 다. 이 중 일부는 미세하게 분산된 석출물로 나타나기도 한다.

Superalloys have been used for the structural parts in high temperature due to their excellent corrosion resistance, good oxidation resistance and creep strength at high temperature. The application areas of this alloys are presently growing with the development of industrial technology. It was investigated with the Fe-base superalloy of Fe-20, Ni-20,Co-3,Mo-2.5W-1Nb firstly the effect of alloying compositions of Cr, Mn and Mo and secondly the effect of Co composition on the microstructure and tensile properties such as yield strength(YS), tensile strength(TS) and elongation(El),

1) With the increase of Mn alloying element in solution annealed samples, TS value was decreased, and YS value was not significanly affected, while El was increased. 2) All three tensile values of YS, TS and El were decreased with the increase of alloying elements of Mo and Co, The optimal ageing time was found to be 6 hours. 3) The tensile strength of samples of A, B, C and D was in the range from 485 to 542 N/mm2, YS value was in 255~289 N/mm2, and elongation showed the range of 12.7~60%. 4) Ageing treatment in the temperature range from 820 to 920℃ caused to form the fine dispersed precipitates.