한국어
메뉴

Ni기 초내열합금의 뜻

Ni의 FCC 기지에 L1₂형 규칙상 γ'(Ni₃Al)을 다량 정합 석출시킨 내열 합금. 터빈 블레이드 등에 쓰이며, 융점에 가까운 온도까지 강도를 유지한다.

일본어 명칭: Ni基超合金

‘Ni기 초내열합금’ 관련 연습 문제는 3개 분야에 7문제가 있습니다(고온 재료와 크리프, 계산 재료과학, 재료의 가공과 접합 등).

이 용어의 분야: 고온 재료와 크리프

Ni기 초내열합금 연습 문제에 도전

Ni기 초내열합금의 고온 강도를 담당하는 γ'상에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. ABCC의 B2형 규칙상으로, 기지 γ와의 격자 상수 차이가 크고 계면이 비정합이므로, 결정립계나 입내에 조대한 입자로 석출되어 전위를 강하게 붙잡는다
  2. BL1₂형 규칙 구조를 가진 Ni₃Al(FCC를 바탕으로 한 규칙상)로, 기지 γ와 격자 상수가 거의 같아 정합 계면으로 미세하게 석출된다
  3. C결정립계에 연속된 막 모양으로 석출되는 M₂₃C₆ 등의 탄화물로, 양이 많을수록 입계 미끄럼이 잘 억제되어 고온에서의 연성과 크리프 강도가 함께 높아진다
정답과 해설 보기

정답: B. L1₂형 규칙 구조를 가진 Ni₃Al(FCC를 바탕으로 한 규칙상)로, 기지 γ와 격자 상수가 거의 같아 정합 계면으로 미세하게 석출된다

γ'상은 Ni₃(Al,Ti)의 조성을 가진 L1₂형 규칙상으로, FCC 격자의 꼭짓점을 Al이, 면심을 Ni가 차지합니다. 기지 γ(Ni의 FCC 고용체)와의 격자 상수 차이(미스핏)가 작으므로 입방체 모양의 미세한 입자가 정합 계면으로 석출되며, 단결정 블레이드용 합금에서는 부피의 60~70%에 이릅니다. γ 속의 전위가 γ'에 들어가면 규칙 배열이 흐트러져 역위상 경계가 생기므로, 전위는 2개가 쌍을 이루어 진행해야 하며 이것이 큰 저항이 됩니다. γ'는 고온까지 안정하며, 항복 응력이 약 700~800℃까지 온도와 함께 올라가는 역온도 의존성도 보입니다. BCC라는 설명은 결정 구조를, 결정립계의 탄화물이라는 설명은 다른 상을 혼동하고 있으며, 막 모양의 탄화물은 오히려 취약함의 원인이 됩니다.

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
정답과 해설 보기

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.

해설 속의 ‘Ni기 초내열합금’

‘Ni기 초내열합금’ 관련 문제(7문제)

  1. Ni기 초내열합금의 고온 강도를 담당하는 γ'상에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  2. 제트 엔진의 터빈 블레이드에 일방향 응고에 의한 주상정이나 단결정의 Ni기 초내열합금이 사용되는 이유로 옳은 것은 무엇인가?
  3. 단결정 Ni기 초내열합금에 레늄(Re) 등의 무거운 원소를 몇 % 첨가하는 주된 목적으로 옳은 것은 무엇인가?
  4. 10종류 가까운 원소를 포함하는 Ni기 초내열합금이나 강에서 CALPHAD법을 사용하여 석출하는 상과 그 분율을 예측한다. 그 사고방식과 주의점의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
  5. 왁스로 제품과 같은 형상의 모형을 만들고 그 주위를 내화물 슬러리로 여러 층 덮어 굳힌 뒤, 가열하여 왁스를 녹여 내고, 생긴 주형에 용탕을 붓는 주조법은 무엇인가?
  6. 1000℃를 넘는 고온의 공기 중에서 사용하는 내열 합금의 보호 피막에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  7. 열차폐 코팅의 톱 코트(두께 250 µm, 열전도율 1.2 W/(m·K))를 1.0 MW/m²의 열유속이 두께 방향으로 균일하게 통과하고 있다. 정상 상태의 1차원 열전도로 볼 때, 톱 코트의 앞면과 뒷면의 온도차에 가장 가까운 것은 무엇인가?

관련 용어

크리프 전위 열차폐 코팅 주상정 고용 강화 CALPHAD법 깁스 에너지 인베스트먼트 주조 열응력 라슨-밀러 파라미터

용어집 목록으로