고온 재료와 크리프

제트 엔진의 터빈 블레이드에 일방향 응고에 의한 주상정이나 단결정의 Ni기 초내열합금이 사용되는 이유로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A단결정으로 만들면 전위가 전혀 존재하지 않게 되어, 크리프 변형이 일어나지 않게 되기 때문
  2. B단결정으로 만들면 결정립계 강화에 쓰는 탄소나 붕소를 많이 첨가할 수 있게 되어, 그 탄화물이나 붕화물로 강화할 수 있기 때문
  3. C응력에 수직인 입계를 없애 크리프 손상의 기점을 제거하고, 단결정에서는 입계 강화 원소를 줄일 수 있어 고온에서 용체화 처리하여 γ'를 균일하게 미세화할 수 있기 때문
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정답: C. 응력에 수직인 입계를 없애 크리프 손상의 기점을 제거하고, 단결정에서는 입계 강화 원소를 줄일 수 있어 고온에서 용체화 처리하여 γ'를 균일하게 미세화할 수 있기 때문

터빈 블레이드는 원심력으로 길이 방향으로 당겨지며, 응력에 수직인 결정립계가 크리프 보이드나 균열의 기점이 됩니다. 일방향 응고에서는 결정립을 응력 방향으로 정렬한 주상정으로 만들어 수직인 결정립계를 없앱니다. 나아가 결정을 하나만 선택하여 성장시킨 단결정 블레이드에는 결정립계 자체가 없습니다. 결정립계를 강화하기 위한 C, B, Zr 등이 필요 없어지면 합금이 녹기 시작하는 온도가 올라가므로, 용체화 처리를 고온에서 하여 γ'를 일단 고용시킨 뒤 균일하고 미세하게 석출시킬 수 있습니다. 강화 원소를 많이 첨가한다는 설명은 이 관계를 반대로 하고 있습니다. 단결정에도 전위는 있으며, 크리프는 입내 전위의 운동으로 일어납니다.

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