KR101980177B1 - Method for transient liquid phase bonding of single crystal, high heat-resistance alloy by using alloy powder - Google Patents
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Abstract
가스터빈 고온부품의 경우 일정기간을 사용하게 되면 검사를 거쳐 재생정비 여부를 결정하게 되는데, 재생 정비 시 형상복원과 기계적 특성의 회복을 위해 천이액상접합을 실시하게 된다. 본 발명은 단결정 초내열합금을 접합하기 위한 방법으로, 단결정 초내열합금의 사용부품과 주조품을 준비하는 준비단계; 상기 준비된 사용부품과 주조품 사이에 접합층을 삽입하는 삽입단계; 상기 접합층 삽입 후 합금분말을 접합층 표면에 적층하는 적층단계; 상기 합금분말 적층 후 접합을 위해 열처리하는 접합 열처리단계; 상기 적층된 합금분말을 제거하는 제거단계; 및 상기 합금분말 제거 후 과포화 고용체를 석출시키기 위해 열처리하는 시효 열처리단계를 포함하는 단결정 초내열합금의 천이액상접합방법을 제공한다.
본 발명의 천이액상접합방법은 단결정 초내열합금의 접합 시, 열처리 전에 합금분말을 적층함으로써 사용부품, 건전한 주조품 및 접합층 전체 영역에 단결정도를 유지하고, 기계적 특성 및 내부식성을 본래 사용부품과 동일하게 복원시킬 수 있는 장점이 있다. In the case of gas turbine high-temperature components, if they are used for a certain period of time, they are inspected to determine whether to regenerate the gas turbine. During the regeneration maintenance, transition liquid junction is performed to restore shape and recover mechanical characteristics. The present invention relates to a method for joining a single-crystal super-high-temperature alloy, comprising the steps of preparing a used part of a single-crystal super-high-temperature alloy and a casting; Inserting a bonding layer between the prepared used part and the casting; A laminating step of laminating the alloy powder after the bonding layer is laminated on the bonding layer surface; A bonding heat treatment step of performing heat treatment for bonding after the alloy powder is laminated; A removing step of removing the stacked alloy powder; And an aging heat treatment step of performing heat treatment to precipitate a supersaturated solid solution after the removal of the alloy powder, and a transition liquid bonding method of the single crystal super refractory alloy.
The transition liquid bonding method of the present invention is a method of bonding a single crystal super heat resistant alloy by laminating alloy powders before heat treatment so as to maintain the degree of unity in all parts of the used parts, the sound castings and the bonding layer, There is an advantage that the same can be restored.
Description
본 발명은 단결정 초내열합금의 접합 특성을 향상시키는 방법으로, 보다 구체적으로는 합금분말을 적층한 뒤 열처리 함으로써 접합 특성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of improving bonding properties of a single-crystal super-heat-resistant alloy, and more particularly, to a method of improving bonding properties by laminating alloy powders and then heat-treating them.
일반적으로, 초내열 합금이란 비교적 강도가 높고 고온에서의 사용에 잘 견디는 것을 주요 목적으로 만들어지는 합금으로, 초합금 입자분산강화합금 및 결정제어합금을 합쳐 초내열합금이라 한다. 보통 700℃ 이상의 고온과, 고응력 환경에서 오랜 시간 견디며, 내식성을 겸비한 재료이다.
In general, a super-heat-resistant alloy is an alloy made of a high strength and high resistance to use at a high temperature. The superalloy particle dispersion strengthening alloy and the crystal control alloy are called a super-heat-resistant alloy. It is a material that combines high temperature over 700 ℃ and long time in high stress environment and corrosion resistance.
가스터빈은 고온고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관에 해당하며, 일반적으로 압축기, 연소기, 터빈으로 이루어져 있고, 주로 항공 및 산업용으로 사용되고 있다. 여기서, 터빈은 움직이는 블레이드와 정지 베인으로 구성되며, 고온 및 고압의 환경에서 운전되기 때문에 부품의 손상이 쉽게 발생한다. 움직이는 블레이드에는 원심력에 의한 응력과 가스터빈 기동 및 정지 시 열 구배에 의한 응력이 복합적으로 작용하여 열 기계 피로와 고온 가스에 의한 산화 및 부식이 많이 발생한다. 정지하고 있는 베인도 기동 및 정지 시 열 구배에 의한 응력과 고온가스의 산화 및 부식이 주로 발생한다.
A gas turbine is a rotary-type heat engine that operates a turbine with high-temperature and high-pressure combustion gas. Generally, the gas turbine is composed of a compressor, a combustor, and a turbine. Here, the turbine is composed of a moving blade and a stationary vane. Since the turbine operates in a high-temperature and high-pressure environment, the parts are easily damaged. In moving blades, stress due to centrifugal force and stress due to thermal gradient during starting and stopping of gas turbine are mixed, resulting in many oxidation and corrosion due to thermal mechanical fatigue and hot gas. Stagnation of the vane also causes stress and high temperature gas oxidation and corrosion mainly due to thermal gradient at start and stop.
일반적으로 터빈의 재료는 고온에서 기계적 특성이 우수한 초내열합금이 사용되고 있는데, 고효율화 및 대용량화 추세에 따라, 재료의 조직 형상으로 구분하는 다결정재료에서 일방향재료 및 단결정재료를 개발하여 사용하고 있다.
In general, super-heat-resistant alloys with excellent mechanical properties at high temperatures are used as turbine materials. Uni-directional materials and single crystal materials have been developed and used in polycrystalline materials classified into the structure of materials according to the trend of high efficiency and large capacity.
단결정 재료는 기계적 특성을 향상시키기 위해 결정입계를 제거하여 한 개의 결정으로 제작한 것으로, 물질특성이 우수하나 고가의 원소인 레늄(Re), 타이타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 등을 첨가하고, 제조 시 공정 변수가 까다롭고 공정시간이 장시간 소요되어, 생산단가가 매우 높다. 이러한 단결정 부품도 고온, 고압의 가스터빈에 사용되어 기동정지와 부식분위기 환경에 노출되면 블레이드와 베인에 손상이 발생하는데, 이 손상을 복원하기 위한 재생기술이 연구되고 있다. In order to improve the mechanical properties, the single crystal material is made of a single crystal by removing the grain boundaries. The single crystal material is excellent in the material properties, but the expensive elements such as rhenium (Re), titanium (Ti), molybdenum (Mo), niobium (Nb) Etc., and the manufacturing process is complicated and the process time is long, so that the production cost is very high. These single crystal components are also used in high temperature and high pressure gas turbines, and damage to the blades and vanes occurs when the turbine is exposed to a stopping and corrosive atmospheric environment.
단결정의 고온부품을 접합하기 위한 방법으로는 여러가지 열원 (플라즈마, 레이저, 아크 등)을 사용한 용융 용접방법이 있으나, 이러한 방법으로 접합 시 접합부 주위 모든 영역에서 단결정도를 유지하지 못하고 새로운 결정이 형성됨으로 인해 기계적 특성이 급격히 감소하는 문제점이 존재하였다.
There are melt welding methods using various heat sources (plasma, laser, arc, etc.) as a method for joining the high temperature components of the single crystal. However, in this method, new crystal is formed without maintaining the degree of single- There was a problem that the mechanical properties were rapidly reduced.
또한 부품 표면의 접합층 주위에서는 접합층의 과도한 확산으로 초기의 형상이 회복되지 않아 추가적인 공정을 거쳐야 하는 문제점이 발생하였으며, 천이액상접합 시 고온에서 압력을 가할 때에는 접합층 또는 접합층과 초내열합금의 경계 등에서 새로운 결정이 다수 형성되는 문제가 발생하였다.
In addition, there is a problem that the initial shape is not restored due to excessive diffusion of the bonding layer around the bonding layer on the surface of the component, and additional processing is required. In the transition liquid bonding, when applying pressure at a high temperature, the bonding layer or bonding layer and the super- A large number of new crystals are formed at the boundary of the crystal grains.
도1은 종래 기술로써 천이액상접합방법을 실시한 예를 도시한 것으로 접합면을 따라 깊숙한 흠이 생기는 것을 알 수 있다. 이는 표면층에서 접합층의 과도한 확산으로 주변 사용부품과 건전한 주조품까지 용융되어 생긴 것이다. FIG. 1 shows an example in which a transition liquid bonding method is performed as a conventional art, and it is seen that deep scratches are formed along the bonding surface. This is caused by the excessive diffusion of the bonding layer in the surface layer and melting of peripheral parts and sound castings.
본 발명은 단결정 초내열합금으로 제작된 고온부품의 초기 형상, 기계적 특성 및 내부식성을 회복시키는 방법에 관한 것으로, 고온부품뿐만 아니라 손상된 영역을 대체하기 위해 새로운 주조품과 접합층의 모든 영역에서 단결정도를 유지시킬 수 있도록 한다. The present invention relates to a method for restoring the initial shape, mechanical properties and corrosion resistance of a high-temperature part made of a single-crystal super-high-temperature alloy. In order to replace the damaged part as well as the high-temperature part, .
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 단결정 초내열합금의 사용부품과 건전한 주조품을 준비하는 준비단계; 상기 준비된 사용부품과 건전한 주조품 사이에 접합층을 삽입하는 삽입단계; 상기 접합층 삽입 후 합금분말을 접합층의 노출 표면에 적층하는 적층단계; 상기 합금분말 적층 후 접합을 위해 열처리하는 접합 열처리단계; 상기 적층된 합금분말을 제거하는 제거단계; 및 상기 합금분말 제거 후 과포화 고용체를 석출시키기 위해 열처리하는 시효 열처리단계를 포함하는 단결정 초내열합금의 천이액상접합방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a single crystal super-high-temperature alloy, An inserting step of inserting a bonding layer between the prepared used part and the sound casting; A lamination step of laminating the alloy powder after the insertion of the bonding layer onto the exposed surface of the bonding layer; A bonding heat treatment step of performing heat treatment for bonding after the alloy powder is laminated; A removing step of removing the stacked alloy powder; And an aging heat treatment step of performing heat treatment to precipitate a supersaturated solid solution after the removal of the alloy powder, wherein the transition liquid phase bonding method of the single crystal super refractory alloy is provided.
상기 준비단계 후에 상기 사용부품과 주조품의 결정방향을 10도 이내로 맞추는 단계를 더 포함할 수 있다. And adjusting the crystal orientation of the used part and the cast article to within 10 degrees after the preparing step.
상기 사용부품과 건전한 주조품의 결정방향을 동일하게 맞출 수 있다. The crystal axes of the used parts and the sound castings can be matched in the same direction.
상기 결정방향은 후방산란 전자 회절방법 또는 X선 회절방법으로 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.The crystal direction may further include a step of confirming with a back scattering electron diffraction method or an X-ray diffraction method.
상기 접합층은 Ni, Cr, B 및 C 를 포함하는 합금이며, 상기 B의 함량이 1 중량% 이상 5 중량% 이하일 수 있다.The bonding layer is an alloy containing Ni, Cr, B, and C, and the content of B may be 1 wt% or more and 5 wt% or less.
상기 합금분말은 상기 사용부품 또는 상기 건전한 주조품과 조성이 동일할 수 있다.The alloy powder may have the same composition as the used part or the sound casting.
상기 접합 열처리단계는 1150~1250℃에서 1~3시간 수행될 수 있다.The bonding heat treatment step may be performed at a temperature of 1150 to 1250 ° C for 1 to 3 hours.
상기 제거단계 후 과포화 고용체를 얻기 위해 열처리하는 용체화 열처리단계를 더 포함할 수 있다.And a solution heat treatment step of performing heat treatment to obtain a supersaturated solid solution after the removing step.
상기 용체화 열처리단계는 1250~1320℃, 진공도 1x10-5 torr 이상 1x10-4 torr 이하에서 3~10시간 동안 수행될 수 있다.The solution heat treatment step may be performed at a temperature of 1250 to 1320 ° C. and a vacuum degree of 1 × 10 -5 torr or more and 1 × 10 -4 torr or less for 3 to 10 hours.
상기 용체화 열처리단계는 가열 후 급랭하는 급랭단계를 더 포함할 수 있다.The solution heat treatment step may further include a quenching step of quenching after heating.
상기 급랭단계는 냉각 속도가 30℃/분 이상 40℃/분 이하에서 수행될 수 있다.The quenching step may be performed at a cooling rate of 30 ° C / min or more and 40 ° C / min or less.
상기 시효 열처리단계는 1050~1200℃에서 2~7시간 및 800~900℃에서 10~20시간 순차적으로 수행될 수 있다.The aging heat treatment may be performed at 1050 to 1200 ° C for 2 to 7 hours and at 800 to 900 ° C for 10 to 20 hours.
본 발명은 단결정 초내열합금의 접합특성을 향상시키기 위한 방법으로, 건전한 주조품과 사용부품의 절단면의 결정방향을 맞춘 뒤 합금분말을 적층하고 후열처리함으로써 접합층 내부와 초내열합금과의 경계뿐만 아니라 표면에까지 단결정도를 유지되게 하고, 기계적 특성과 내부식성을 현저히 증가시킬 수 있다. The present invention relates to a method for enhancing the bonding characteristics of a single crystal super-high-temperature alloy, in which not only the boundary between the inside of the bonding layer and the superheat-resistant alloy is obtained by laminating the alloy powder after aligning the crystal faces of the cut surfaces of the sound- It is possible to maintain the degree of monofilament up to the surface, and to significantly increase the mechanical properties and corrosion resistance.
도1은 천이액상접합 후 접합면 주위 손상상태를 도시한 것이다.
도2는 사용부품과 건전한 주조품의 결정방향을 맞추기 전, 후를 개략적으로 도시한 것이다.
도3은 접합 후 단결정도 및 표면 재결정 상태를 도시한 것이다. Fig. 1 shows a damage state around the joint surface after transition liquid junction.
Fig. 2 schematically shows before and after the crystal orientation of the used parts and the sound castings are matched.
Fig. 3 shows a single crystal degree and a surface recrystallization state after bonding.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 사용부품과 건전한 주조품 간의 접합특성을 향상시키는 단결정 초내열합금의 접합 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of joining a single-crystal super-heat-resistant alloy which improves bonding characteristics between a used part and a sound casting.
본 발명의 천이액상접합방법은 사용부품과 건전한 주조품을 준비하는 단계를 포함한다. 상기 사용부품은 단결정 초내열합금으로 된 고온부품으로서, 이로 한정하는 것은 아니지만 예를 들어, 가스터빈의 블레이드나 베인의 재생 시 수리될 부품을 의미하고, 건전한 주조품은 사용부품의 손상된 부분을 대체할 미사용 부품을 의미한다.
The transition liquid bonding method of the present invention includes a step of preparing used parts and a sound casting. The used component is a high temperature component made of a single crystal super refractory alloy, but not limited to, for example, a blade or a vane of a gas turbine and a component to be repaired during the regeneration, and a sound casting may replace a damaged part of a used part It means unused parts.
상기 준비단계는 사용부품에서 손상된 부분을 제거하고, 절단면을 연마한 후 불순물을 제거하는 세정과정이 포함될 수 있다.
The preparing step may include a cleaning step of removing a damaged portion from the used part, polishing the cut surface, and then removing impurities.
이 때, 준비되는 상기 사용부품과 주조품은 조성이 각각 Cr 6.4 중량%, Co 9 중량%, Mo 0.6 중량%, W 6.4 중량%, Re 3 중량%, Al 5.6 중량%, Ti 0.9 중량%, Ta 6.7 중량%, Hf 0.2 중량%, C 0.03 중량%, B 0.007 중량%, Mg 0.004 중량% 및 잔부 Ni를 포함하는 것일 수 있다.
In this case, the used parts and the castings to be prepared had a composition of 6.4% by weight of Cr, 9% by weight of Co, 0.6% by weight of Mo, 6.4% by weight of W, 3% by weight of Re, 5.6% by weight of Al, 6.7 wt%, Hf 0.2 wt%, C 0.03 wt%, B 0.007 wt%, Mg 0.004 wt%, and the balance Ni.
본 발명은 상기 준비단계를 마친 뒤, 사용부품과 건전한 주조품의 결정방향을 10도 이내로 맞추는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 접합하기 전에 사용부품과 건전한 주조품 간의 결정방향을 맞춤으로써, 상기 접합방법에 의해 접합 후, 단결정으로 이루어진 상기 사용부품과 건전한 주조품 및 접합층 전체 영역에서 단결정도를 유지할 수 있다.
The present invention may further include the step of adjusting the crystal orientation of the used parts and the sound casting to within 10 degrees after the preparation step. By aligning the crystal orientation between the used part and the sound casting before bonding, it is possible to maintain the degree of unity in the entirety of the used part, the sound casting, and the bonding layer made of single crystal after bonding by the bonding method.
결정방향을 맞추기 위해서는 먼저 사용부품과 건전한 주조품의 각 절단면의 결정방향을 확인하는 과정을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 결정방향은 후방산란 전자 회절방법이나 X선 회절방법으로 확인할 수 있고, 결정방향을 확인한 후에는 결정방향을 맞추는 과정을 수행하는데, 상기 결정방향은 10도 이내로 맞추는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 결정방향을 동일하게 맞출 수 있다. 결정 방향이 10도를 초과하는 경우 사용부품과 건전한 주조품 및 접합층 전체 영역에서 단결정도를 유지하기 어려운 문제가 있다.
In order to match the crystal orientation, it is preferable to first carry out a process of confirming the crystal orientation of each cut surface of the used part and the healthy cast article. The crystallization direction can be confirmed by a back scattering electron diffraction method or an X-ray diffraction method. After confirming the crystal direction, the crystal direction is adjusted. The crystal direction is preferably set within 10 degrees, more preferably, The crystal orientation can be matched to the same direction. When the crystal direction is more than 10 degrees, there is a problem that it is difficult to maintain the degree of solidification in the whole area of the used parts, the sound castings and the bonding layer.
도2는 상기 후방산란 전자 회절방법에 의해 사용부품의 절단면과 건전한 주조품의 결정방향을 동일하게 맞춘 것을 도시한 것이다.
Fig. 2 shows that the cut surfaces of the parts to be used are equally aligned with the crystal orientation of the sound castings by the back scattered electron diffraction method.
사용부품과 건전한 주조품의 결정방향을 맞춘 뒤에는 접합층을 삽입하고, 상기 접합층은 접합 시 사용부품과 건전한 주조품의 열처리 온도보다 낮은 용융 온도를 가진 접합층을 사용하는 것이 바람직하다. 열처리 온도보다 접합층의 용융 온도가 높을 경우 접합층이 제대로 녹지 않아 접합이 제대로 일어나지 않을 수 있다.
It is preferable to use a bonding layer having a melting temperature lower than the heat treatment temperature of the parts used and the sound castings at the time of joining, by inserting a bonding layer after aligning crystal directions of the used parts and the healthy castings. If the melting temperature of the bonding layer is higher than the heat treatment temperature, the bonding layer may not melt properly and the bonding may not occur properly.
또한, 상기 접합층은 Ni, Cr, B 및 C를 포함하는 합금일 수 있으며, 상기B의 함량은 1 중량% 이상 5 중량% 이하인 것이 바람직하다. B의 함량이 5 중량% 를 초과하는 경우 접합층의 용융온도가 높아져 열처리 시 접합층이 제대로 녹지 않아 접합이 제대로 일어나지 않을 수 있다.The bonding layer may be an alloy containing Ni, Cr, B, and C, and the content of B is preferably 1 wt% or more and 5 wt% or less. If the content of B exceeds 5% by weight, the melting temperature of the bonding layer becomes high, and the bonding layer may not melt properly during the heat treatment, so that the bonding may not be performed properly.
이로 한정하는 것은 아니지만 예를 들어, 접합층의 조성은 Cr 15 중량%, C 0.06 중량%, B 1~5 중량% 및 잔부 Ni를 포함하는 것 혹은 Cr 19 중량%, Si 7.3 중량%, C 0.008 중량%, B 1~5 중량% 및 잔부 Ni를 포함하는 것일 수 있다.
The composition of the bonding layer is, for example, 15% by weight of Cr, 0.06% by weight of C, 1 to 5% by weight of B and the balance of Ni or 19% by weight of Cr, 7.3% by weight of Si, Wt%,
본 발명은 상기 접합단계 후에 합금분말을 접합층 표면에 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 적층은 분말을 도포하거나 혹은 뿌리는 것을 의미한다. 합금분말은 접합층의 외부에 노출된 표면에 적층되며, 그 조성은 사용부품 또는 건전한 주조품과 동일한 것을 사용하는 것이, 합금분말이 접합층 용융 시 함께 용융되어도 사용부품 또는 건전한 주조품과 동일한 조성을 유지할 수 있어 바람직하다.
The present invention may include a step of laminating the alloy powder on the bonding layer surface after the bonding step. The lamination means that the powder is applied or sprinkled. The alloy powder is laminated on the surface exposed to the outside of the bonding layer and the same composition as the used part or the sound casting is used so that the same composition as the used part or the sound casting can be maintained even when the alloy powder is melted when the bonding layer is melted .
접합층 삽입 후 고온에서 열처리 시 용융된 접합층은 적층한 합금분말 입자들 사이에 형성된 공간으로, 모세관 현상에 의해 빨려 들어가게 된다. 적층된 합금분말의 입자들은 표면적이 커서 반응면적이 크게 증가하므로, 빨려 들어온 용융 접합층이 주변으로 과도하게 확산되기 전에 상기 합금분말이 접합층과 빠르게 반응할 수 있어, 종래 문제되었던 과도한 주변손상을 방지할 수 있게 되었다. The bonding layer, which is melted during the heat treatment at a high temperature after the bonding layer is inserted, is sucked into the space formed between the stacked alloy powder particles by the capillary phenomenon. The particles of the layered alloy powder have a large surface area so that the reaction area is greatly increased so that the alloy powder can react with the bonding layer quickly before the sucked molten bond layer is excessively diffused to the periphery, .
합금분말을 적층한 후에는 접합 열처리단계를 수행하는데, 상기 열처리단계는 1150~1250℃에서 1~3시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 1150℃ 미만인 경우, 접합층이 제대로 녹지 않아 접합이 제대로 일어나지 않을 수 있으며, 열처리 온도가 1250℃를 초과하는 경우, 접합층 내 기공이 생겨 기계적 특성이 떨어질 수 있다. 또한, 열처리 시간이 1시간 미만일 경우, 충분한 접합이 일어나지 않을 수 있고, 3시간 초과하는 경우 접합 효율이 떨어질 수 있다.
After the alloy powder is laminated, a bonding heat treatment step is performed, and the heat treatment step is preferably performed at a temperature of 1150 to 1250 DEG C for 1 to 3 hours. If the heat treatment temperature is less than 1150 ° C, the bonding layer may not be properly melted and the bonding may not be performed properly. If the heat treatment temperature exceeds 1250 ° C, pores may be formed in the bonding layer, resulting in a decrease in mechanical characteristics. If the heat treatment time is less than 1 hour, sufficient bonding may not occur, and if it exceeds 3 hours, bonding efficiency may be lowered.
접합 열처리 후에는 접합층의 노출 표면에 적층된 합금분말을 제거하게 된다. 본격적인 접합층의 확산은 이어지는 용체화 열처리 단계에서 이루어지는데, 그 전에 접합층의 노출 표면에 적층된 합금분말을 제거하지 않을 경우, 합금분말과 사용부품 및 합금분말과 건전한 주조품 사이에 상호확산이 과도하게 일어남으로써 표면 손상 및 재결정이 발생할 수 있으므로, 본 발명의 천이액상접합방법에서는 적층된 합금분말을 제거하는 것이 바람직하다.
After the bonding heat treatment, the alloy powder deposited on the exposed surface of the bonding layer is removed. Diffusion of the bonding layer is carried out in the subsequent solution heat treatment step. When the alloy powder laminated on the exposed surface of the bonding layer is not removed, the inter-diffusion between the alloy powder and the used part and the alloy powder and the sound casting becomes excessive , Surface damage and recrystallization may occur. Therefore, it is preferable to remove the deposited alloy powder in the transition liquid bonding method of the present invention.
종래의 천이액상접합방법의 경우, 접합 열처리를 실시한 후에 바로 시효 열처리를 수행하나, 시효 열처리 전에 용체화 열처리를 수행하는 것이 사용부품, 건전한 주조품 및 접합층의 전체 영역에서 금속간화합물 γ'가 같은 크기와 형상으로 형성되어 고온에서의 강도 향상의 효과를 가져오고, 기계적 특성이 향상되므로 본 발명에서는 시효 열처리 전에 용체화 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
In the case of the conventional transition liquid bonding method, the aging heat treatment is performed immediately after the bonding heat treatment is performed, but the solution heat treatment is performed before the aging heat treatment is performed so that the intermetallic compound? 'In the entire region of the used part, It is preferable to perform the solution heat treatment before aging heat treatment because it is formed in the size and shape to improve the strength at high temperature and improve the mechanical properties.
상기 용체화 열처리 단계는 과포화 고용체를 얻기 위해 수행되는 것으로, 1250~1320℃에서 3~10시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 1250℃ 미만인 경우, 접합층이 녹지 않아서 접합이 제대로 일어나지 않으며, 온도가 1320℃를 초과하는 경우, 접합층 내에 기공이 생겨 기계적 특성이 떨어질 수 있다. 또한, 상기 열처리 시간이 3시간 미만일 경우 확산이 적게 일어나 계면에 균열이나 기공이 생길 수 있고, 10시간을 초과하는 경우 접합 효율이 떨어질 수 있다.
The solution heat treatment step is performed to obtain a supersaturated solid solution, and is preferably performed at 1250 to 1320 ° C for 3 to 10 hours. If the heat treatment temperature is lower than 1250 占 폚, the bonding layer is not melted and the bonding is not properly performed. If the temperature exceeds 1320 占 폚, pores may be formed in the bonding layer and the mechanical properties may be deteriorated. If the heat treatment time is less than 3 hours, diffusion may be small and cracks or pores may be formed at the interface, and if it exceeds 10 hours, the bonding efficiency may be lowered.
한편, 상기 용체화 열처리 단계의 진공도는 1x10-5 torr 이상 1x10-4 torr 이하가 바람직하다. 용체화 열처리 시 진공도가 1x10-5 torr 미만 또는 1x10-4 torr 를 초과하는 경우 사용부품, 건전한 주조품의 표면 및 접합층에 산화물 및 산화층이 형성될 수 있다. 이러한 산화층의 형성은 단결정도가 유지되지 못하게 하며 기계적 특성의 감소를 유발할 수 있다.
Meanwhile, the vacuum degree in the solution heat treatment step is preferably 1 x 10 -5 torr or more and 1 x 10 -4 torr or less. If the degree of vacuum is less than 1 x 10 -5 torr or greater than 1 x 10 -4 torr during the solution heat treatment, oxides and oxide layers may form on the surfaces of the components used, the surfaces of the sound castings and the bonding layer. The formation of such an oxide layer prevents the degree of uniaxiality from being maintained and may cause a decrease in mechanical properties.
상기 용체화 열처리 단계는 온도가 1250~1320℃인 범위에서 충분한 시간 동안 유지하고 과포화 고용체를 얻기 위해 급랭하는 급랭단계를 포함할 수 있다. 상기 급랭단계에서 냉각 속도는 30℃/분 이상 40℃/분 이하일 수 있다. 용체화 열처리 시 냉각속도는 금속간화합물 γ'의 형상과 크기에 영향을 미치게 됨으로 냉각속도를 상기의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.
The solution heat treatment step may include a quenching step to maintain the temperature for a sufficient time in the range of 1250 to 1320 DEG C and quench to obtain supersaturated solid solution. In the quenching step, the cooling rate may be 30 ° C / min or more and 40 ° C / min or less. Since the cooling rate during the solution heat treatment affects the shape and size of the intermetallic compound γ ', it is desirable to keep the cooling rate within the above range.
용체화 열처리 후에는 시효 열처리단계를 수행하는데, 상기 용체화 열처리 단계에서 얻어진 과포화 고용체에서 용질 원자를 석출시켜 조직의 미세화와 균일화가 이루어진다.
After the solution heat treatment, an aging heat treatment step is carried out. In the supersaturated solid solution obtained in the solution heat treatment step, solute atoms are precipitated to make the structure finer and uniform.
상기 시효 열처리단계는 온도가 1050~1200℃에서 2~7시간 및 온도가 800~900℃에서 10~20시간 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 온도가 1100~1200℃에서 5~7시간 및 온도가 860 내지 880℃에서 10 내지 30시간, 더 바람직하게는 1140℃에서 6시간 처리 후, 871℃에서 20시간 동안 처리할 수 있다. 상기와 같이 시효 열처리단계를 이단으로 수행함이 금속간화합물 γ'의 형상과 크기를 제어함에 바람직하다.
Preferably, the aging heat treatment step is performed at a temperature of 1050 to 1200 ° C for 2 to 7 hours and at a temperature of 800 to 900 ° C for 10 to 20 hours, more preferably at a temperature of 1100 to 1200 ° C for 5 to 7 hours And at a temperature of 860 to 880 占 폚 for 10 to 30 hours, more preferably at 1140 占 폚 for 6 hours, and then at 871 占 폚 for 20 hours. As described above, the aging heat treatment step is preferably performed in two stages to control the shape and size of the intermetallic compound γ '.
상기 온도 범위보다 더 낮은 온도에서 시효 열처리를 수행할 경우, 접합층이 녹지 않아서 접합이 제대로 일어나지 않으며, 더 높은 온도에서 수행할 경우, 접합층 내에 기공이 생겨 기계적 특성이 떨어질 수 있다. 또한, 상기 시간 범위보다 더 짧은 시간 동안 시효 열처리를 수행할 경우, 확산이 적게 일어나 계면에 균열이나 기공이 생길 수 있고, 상기 시간 범위보다 더 긴 시간 동안 수행할 경우, 접합 효율이 떨어질 수 있다.
When the aging heat treatment is performed at a temperature lower than the above-mentioned temperature range, the bonding layer is not melted and the bonding is not properly performed. If the heat treatment is performed at a higher temperature, pores may be formed in the bonding layer. In addition, when the aging heat treatment is performed for a time shorter than the time range, the diffusion may be small and cracks or pores may be generated at the interface, and the bonding efficiency may be lowered when the annealing is performed for a time longer than the time range.
실시예
Example
이하, 본 발명의 실시 예에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on embodiments of the present invention. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
[실시 예1][Example 1]
시험에 사용한 재료는 개선된 CMSX-4로, Ni가 주원소이며 Cr 6.4 중량%, Co 9 중량%, Mo 0.6 중량%, W 6.4 중량%, Re 3 중량%, Al 5.6 중량%, Ti 0.9 중량%, Ta 6.7 중량%, Hf 0.2 중량%, C 0.03 중량%, B 0.007 중량%, Mg 0.004 중량% 가 함유되어 있는 단결정 초내열합금으로, 사용부품과 건전한 주조품에 대하여 양쪽 접합면을 절단하고 연마한 후 에틸알코올 및 아세톤으로 초음파 세척하여 건조하였다. 접합층은 Ni가 주원소이며, Cr 15 중량%, C 0.06 중량%, B 4 중량% 가 함유된 것을 사용하였다. 진공노에 장입하기 위해 2개의 시험편의 접합면 사이에 상기 접합층을 삽입 후 접합층 외부 노출면에 상기 시험편과 동일한 조성의 합금분말을 적층하였다. 그 후, 진공도 3x10-5 torr 에서, 1250℃에서 3시간 접합 열처리를 실시하였고, 그 뒤 접합층 노출 표면에 적층된 합금분말을 제거하였다.
The material used for the test is improved CMSX-4. Ni is the main element and contains 6.4 wt% of Cr, 9 wt% of Co, 0.6 wt% of Mo, 6.4 wt% of W, 3 wt% of Re, 5.6 wt% of Al, %, 6.7 wt% of Ta, 0.2 wt% of Hf, 0.03 wt% of C, 0.007 wt% of B and 0.004 wt% of Mg, And then dried by ultrasonic washing with ethyl alcohol and acetone. The bonding layer used was one containing Ni of 15% by weight, Cr of 0.06% by weight, and B of 4% by weight. The bonding layer was inserted between bonding surfaces of two test pieces for charging into a vacuum furnace, and alloy powder having the same composition as that of the test piece was laminated on the exposed surface of the bonding layer. Thereafter, a bonding heat treatment was performed at 1250 ° C. for 3 hours at a degree of vacuum of 3 × 10 -5 torr, and then the alloy powder deposited on the bonding layer exposed surface was removed.
합금분말을 제거한 후에는 1290℃에서 7시간 용체화 열처리를 실시하고, 그 후 1140℃에서 4시간 및 871℃에서 16시간 시효 열처리를 실시하였다.
After the alloy powder was removed, the solution heat treatment was performed at 1290 ° C for 7 hours and then aged at 1140 ° C for 4 hours and at 871 ° C for 16 hours.
그 결과, 도 3에서 나타낸 바와 같이 2개의 시험편 사이에 단결정도는 10도 이내로 제어되었으며, 시험편 표면에는 두께 50 ㎛ 이내의 제거 가능한 표면 재결정만이 형성되었다.
As a result, as shown in FIG. 3, the degree of union between two test pieces was controlled to be within 10 degrees, and only a removable surface recrystallization with a thickness of 50 μm or less was formed on the surface of the test piece.
따라서, 본 발명의 천이액상접합방법을 사용함으로써 사용부품, 건전한 주조품 및 접합층 전체의 영역에서 단결정도를 유지할 수 있고, 접합층의 과도한 확산으로 인한 주변손상을 방지할 수 있는 우수한 장점이 있다. Therefore, by using the transition liquid bonding method of the present invention, it is possible to maintain the degree of unity in the region of the used parts, the sound castings and the bonding layer, and to prevent the peripheral damage due to excessive diffusion of the bonding layer.
Claims (12)
상기 준비된 사용부품과 건전한 주조품 사이에 접합층을 삽입하는 삽입단계;
상기 접합층 삽입 후 합금분말을 접합층의 노출 표면에 적층하는 적층단계;
상기 합금분말 적층 후 접합을 위해 열처리하는 접합 열처리단계;
상기 적층된 합금분말을 제거하는 제거단계; 및
상기 합금분말 제거 후 과포화 고용체를 석출시키기 위해 열처리하는 시효 열처리단계를 포함하는 단결정 초내열합금의 천이액상접합방법.Preparations for the use of parts and solid castings of single crystal superalloys;
An inserting step of inserting a bonding layer between the prepared used part and the sound casting;
A lamination step of laminating the alloy powder after the insertion of the bonding layer onto the exposed surface of the bonding layer;
A bonding heat treatment step of performing heat treatment for bonding after the alloy powder is laminated;
A removing step of removing the stacked alloy powder; And
And an aging heat treatment step of performing heat treatment to precipitate supersaturated solid solution after the removal of the alloy powder.
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