KR102542473B1 - Manufacturing method for nickel base superally sheet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피로수명이 향상된 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 관한 것으로, 니켈기 초내열합금 판재에 레이저 피닝(laser peening)을 처리하여 니켈기 초내열합금 판재의 표면에 압축잔류응력을 부가하는 피닝단계와, 레이저 피닝 처리된 니켈기 초내열합금 판재를 열처리하는 열처리단계를 포함한다. 이러한 방법으로, 니켈기 초내열합금 판재를 레이저 피닝 처리하여 고온에서도 압축잔류응력을 유지하여 피로수명을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet having improved fatigue life, and applying laser peening to the nickel-based superheat-resistant alloy sheet to apply residual compressive stress to the surface of the nickel-based superheat-resistant alloy sheet. and a heat treatment step of heat-treating the laser-peened nickel-based superheat-resistant alloy sheet material. In this way, it is possible to obtain an effect of improving fatigue life by maintaining compressive residual stress even at a high temperature by laser peening the nickel-based superheat-resistant alloy sheet.
Description
본 발명은 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피로수명이 향상된 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, and more particularly, to a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material having an improved fatigue life.
발전용 가스터빈은 1,000℃ 이상의 연소가스가 지나가는 경로에 배치되어 있어 가장 손상이 많이 발생한다. Gas turbines for power generation are the most damaged because they are placed in the path where combustion gases of 1,000 ° C or higher pass.
특히, 회전익(rotary wing)은 약 3,600rpm으로 고속으로 회전하고 있어 원심력에 의한 높은 회전응력을 받게 된다. 동시에, 고온의 연소가스에 노출되어 있어 응력과 열을 동시에 받게 되어, 회전익의 수명을 심각하게 제한한다. In particular, since the rotary wing rotates at a high speed of about 3,600 rpm, it receives high rotational stress due to centrifugal force. At the same time, it is exposed to high-temperature combustion gas and is subjected to stress and heat at the same time, severely limiting the life of the rotary blade.
일반적으로, 국내 발전용 가스터빈은 전력 수요가 급증하는 아침에 기동을 하고, 수요가 줄어드는 저녁에 정지하는 형태로 운전되어 진다. 이로 인해, 가스터빈 고온부는 상온에서 1,000℃ 이상으로 단시간에 승온하고 상온으로 냉각하는 과정을 매일 반복하게 된다. In general, gas turbines for domestic power generation are operated in the form of starting in the morning when demand for electricity increases rapidly and stopping in the evening when demand decreases. Due to this, the gas turbine high-temperature unit repeats the process of raising the temperature from room temperature to 1,000 ° C. or more in a short time and cooling it to room temperature every day.
이러한 응력과 열 이력을 통해 일정시간 운전 후에는 고온부품인 고정익(베인, 노즐)과 회전익(블레이드, 버켓)에 균열이 생성되는 손상이 발생한다. 특히, 주로 열피로 균열이 발생되는 위치는 회전익의 플랫폼과 에어포일 경계 부근이다. 이 부분이 가장 응력을 높게 받는 부분이기 때문이다. Through this stress and thermal history, after a certain period of time of operation, cracks are generated in the fixed blades (vanes, nozzles) and rotary blades (blades, buckets), which are high-temperature parts. In particular, the location where thermal fatigue cracks mainly occur is near the boundary between the rotor platform and the airfoil. This is because this part is the most stressed part.
이러한 손상이 발생되면 가스터빈 운영자는 손상 정도에 따라 새로운 부품으로 교체하거나 손상이 작을 경우 정비를 통해 재사용하게 된다. 가스터빈의 고온 부품인 회전익은 1개에 수천만이 넘는 고가이며, 1 단(stage)에 수십 개에서 수백 개 정도로 구성되어 있기 때문에 교체 비용이 막대하게 발생하는 문제가 있다. 또한, 손상을 복구하여 재사용하는 재생정비 또한 비용과 시간이 많이 소용되는 문제가 있다. When such damage occurs, the gas turbine operator replaces it with a new part according to the degree of damage or reuses it through maintenance if the damage is small. Rotor blades, which are high-temperature parts of gas turbines, are expensive over tens of millions of pieces, and since they are composed of dozens to hundreds of pieces per stage, there is a problem in that replacement costs are enormous. In addition, regeneration maintenance that recovers and reuses damage is also costly and time-consuming.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 역학적인 설계를 변경하거나, 새로운 코팅 기술 등을 적용하여 이러한 문제를 해소하여야 한다. 하지만, 기존에 운영되고 있는 설비에 적용하는 것은 어려운 실정이다. In order to solve this problem, it is necessary to solve this problem by changing the mechanical design or applying a new coating technology. However, it is difficult to apply it to existing facilities.
이에 가장 현실적인 대안은 부품 자체의 열피로 균열에 대한 저항성을 높여 수명을 연장시키는 것이 가장 효과적인 방법이다.Therefore, the most realistic alternative is to extend the life span by increasing the resistance to thermal fatigue cracking of the part itself.
종래에 산업적으로 널리 이용되고 있는 피로 수명향상 방법으로는, 압축 잔류응력을 소재에 형성시키는 숏 피닝(shot peening) 처리방법이 있다. 이 처리방법은 주로 상온에서 사용하는 부품에 적용이 되고 있고, 고온에서 사용하는 부품에 대해서는 극히 일부가 활용되고 있다. 이는 생성된 잔류응력이 높은 온도에서 제거(relaxation)되기 때문이다. As a method for improving fatigue life that has been widely used industrially in the past, there is a shot peening treatment method in which compressive residual stress is formed in a material. This treatment method is mainly applied to parts used at room temperature, and very few are used for parts used at high temperatures. This is because the generated residual stress is relaxed at high temperature.
가스터빈 부품 소재는 상대적으로 강도가 높아 외부에서 입자나 압흔자 등 매개체를 소재 표면에 충돌시키는 기존의 물리적 방법에 의해서는 형성되는 압축잔류응력의 크기와 깊이에 한계가 있다. Gas turbine component materials have relatively high strength, so there are limits to the size and depth of compressive residual stress formed by the existing physical method of colliding mediators such as particles or indenters with the surface of the material from the outside.
또한, 경한 입자나 압흔자에 의해 직접 접촉하기 때문에 표면 거칠기가 증가할 우려가 있고, 복잡한 형상 및 곡면에는 균일하게 압축잔류응력을 형성시키기 어려운 문제가 있다. In addition, there is a concern that surface roughness may increase due to direct contact by hard particles or indenters, and there is a problem in that it is difficult to uniformly form compressive residual stress on complex shapes and curved surfaces.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 고온에서도 압축잔류응력을 유지하여 피로수명이 향상된 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet having improved fatigue life by maintaining compressive residual stress even at high temperatures.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법은, 니켈기 초내열합금 판재에 레이저 피닝(laser peening)을 처리하여 니켈기 초내열합금 판재의 표면에 압축잔류응력을 부가하는 피닝단계; 및 레이저 피닝 처리된 니켈기 초내열합금 판재를 열처리하는 열처리단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. In order to achieve the above object, a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material according to a preferred embodiment of the present invention is a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material processed by laser peening (laser peening) to obtain a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material A peening step of applying compressive residual stress to the surface; and a heat treatment step of heat-treating the laser-peened nickel-base superalloy sheet.
여기서, 상기 피닝단계를 2∼8회 수행한 후 열처리하도록 이루어질 수 있다. Here, after performing the peening step 2 to 8 times, heat treatment may be performed.
상기 피닝단계는, 파워가 6∼12GW/㎠인 레이저 빔을 조사하도록 이루어질 수 있다. The peening step may be performed to irradiate a laser beam having a power of 6 to 12 GW/cm 2 .
그리고, 상기 피닝단계는, 파장이 500~550㎚이고, 펄스 폭이 6~10㎱ec인 레이저 빔을 조사하도록 이루어질 수 있다. In addition, the pinning step may be performed by irradiating a laser beam having a wavelength of 500 to 550 nm and a pulse width of 6 to 10 ns.
또한, 상기 피닝단계는, 피닝 면적이 5~10㎟이 되도록 레이저 빔을 조사하도록 이루어질 수 있다. In addition, the peening step may be performed by irradiating a laser beam such that the peening area is 5 to 10 mm 2 .
나아가, 상기 피닝단계는, 피닝 면적 간의 중첩율이 40~60%가 되도록 레이저 빔을 조사하도록 이루어질 수 있다. Furthermore, in the peening step, a laser beam may be irradiated such that an overlap rate between the peening areas is 40 to 60%.
상기 열처리단계는, 1,000~1,200℃에서 1~3시간 동안 가열 후 대기 중에서 냉각하는 제1 열처리 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. The heat treatment step may include a first heat treatment step of heating at 1,000 to 1,200 ° C. for 1 to 3 hours and then cooling in the air.
그리고, 상기 열처리단계는, 상기 제1 열처리 단계 후 800~900℃에서 20~28시간 동안 가열 후 대기 중에서 냉각하는 제2 열처리 단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다. In addition, the heat treatment step may further include a second heat treatment step of cooling in air after heating at 800 to 900 ° C. for 20 to 28 hours after the first heat treatment step.
여기서, 상기 열처리단계는, 상기 제1 열처리 단계 후 대기 중에서 상온까지 냉각한 후 상기 제2 열처리 단계를 진행하도록 이루어질 수 있다. Here, in the heat treatment step, the second heat treatment step may be performed after cooling to room temperature in the air after the first heat treatment step.
그리고, 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법은 상기 열처리단계 후 니켈기 초내열합금 판재의 표면 거칠기를 고르게 하도록 표면을 연삭하는 표면 처리단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다. And, the manufacturing method of the nickel-based superheat-resistant alloy sheet material according to an embodiment of the present invention may further include a surface treatment step of grinding the surface to even out the surface roughness of the nickel-based superheat-resistant alloy sheet material after the heat treatment step. .
본 발명에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 따르면, 니켈기 초내열합금 판재를 레이저 피닝 처리하여 고온에서도 압축잔류응력을 유지하여 피로수명을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the manufacturing method of the nickel-based superheat-resistant alloy sheet material according to the present invention, the effect of improving the fatigue life can be obtained by maintaining the compressive residual stress even at high temperature by laser peening the nickel-based superheat-resistant alloy sheet material.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에서 레이저 파워를 달리한 실시예들의 깊이에 대한 경도를 비교한 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에서 피닝 횟수를 달리한 실시예들의 깊이에 대한 경도를 비교한 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 의해 제작된 판재의 깊이에 대한 압축잔류응력을 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 의해 제작된 판재의 온도 변화에 대한 압축잔류응력을 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 의해 제작된 판재의 피로수명을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a graph comparing hardness versus depth of examples in which laser power was varied in the method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a graph comparing hardness versus depth of examples in which the number of peening is varied in the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a graph showing the compressive residual stress versus the depth of the plate produced by the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a graph showing the compressive residual stress with respect to the temperature change of the plate material produced by the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate material according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing the fatigue life of a plate material manufactured by a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate material according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be construed as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries may be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, interpreted in an ideal or excessively formal meaning. It may not be.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 2는 상기 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에서 레이저 파워를 달리한 실시예들의 깊이에 대한 경도를 비교한 그래프이고, 도 3은 피닝 횟수를 달리한 실시예들의 깊이에 대한 경도를 비교한 그래프이다. 그리고, 도 4는 상기 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법에 의해 제작된 판재의 깊이에 대한 잔류응력을 나타낸 그래프이고, 도 5는 온도 변화에 대한 잔류응력을 나타낸 그래프이고, 도 6은 피로수명을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a depth chart of embodiments in which laser power is different in the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate. FIG. 3 is a graph comparing hardness versus depth of embodiments in which the number of pinning is different. And, Figure 4 is a graph showing the residual stress with respect to the depth of the plate material produced by the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy plate material, Figure 5 is a graph showing the residual stress with respect to temperature change, Figure 6 is a fatigue life is a graph showing
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법은 니켈기 초내열합금 판재에 레이저 피닝(laser peening)을 처리하여 니켈기 초내열합금 판재의 표면에 압축잔류응력을 부가하는 피닝단계(110)와, 레이저 피닝 처리된 니켈기 초내열합금 판재를 열처리하는 열처리단계(120)를 포함하여 이루어질 수 있다. 1 to 6, in the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet according to an embodiment of the present invention, the surface of the nickel-based superheat-resistant alloy sheet is treated with laser peening. It may include a peening step (110) of adding compressive residual stress to and a heat treatment step (120) of heat-treating the nickel-based superheat-resistant superalloy plate subjected to laser peening treatment.
상기 니켈기 초내열합금은 고온 환경에서 크립(creep) 특성이 우수하여 발전용 가스터빈이나 항공기 제트엔진의 주요 부품인 터빈 블레이드(blade) 및 베인(vane), 연소기 등 고온에서 사용되는 구조용 부품에 널리 사용된다. The nickel-base superalloy has excellent creep characteristics in a high-temperature environment, so it is used in structural parts used at high temperatures such as turbine blades and vanes, which are major parts of a gas turbine for power generation or an aircraft jet engine, and a combustor. Widely used.
이러한, 상기 니켈기 초내열합금은 약 760
상기 피닝단계(110)는 니켈기 초내열합금 판재에 레이저 피닝을 처리하여 니켈기 초내열합금 판재의 표면에 압축잔류응력을 부가하는 단계이다. 여기서, 상기 니켈기 초내열합금 판재는 부품 형상으로 성형되기 이전의 소재이거나, 블레이드 등과 같은 부품으로 성형된 부품일 수 있다. The
즉, 현재 사용되고 있는 부품에도 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법을 적용하여 고온에서도 압축잔류응력을 유지하여 부품의 피로수명을 향상시킬 수 있다. That is, by applying the manufacturing method of the nickel-based superheat-resistant alloy plate material according to the embodiment of the present invention to parts currently used, the fatigue life of parts can be improved by maintaining compressive residual stress even at high temperatures.
상기 피닝단계(110)는 Nd:YAG 레이저를 사용하였다. 그리고, 레이저 파장이 500~550㎚이고, 펄스 폭이 6~10㎱ec인 레이저 빔을 피닝 면적이 5~10㎟이 되도록 하고, 피닝 면적 간의 중첩율이 40~60%가 되도록 레이저 빔을 조사하였고, 레이저 파워는 4∼12GW/㎠로 조절하였다. In the
상기 열처리단계(120)는 레이저 피닝 처리된 니켈기 초내열합금 판재를 열처리하는 단계로, 1,000~1,200℃에서 1~3시간 동안 가열 후 대기 중에서 냉각하는 제1 열처리 단계와, 상기 제1 열처리 단계 후 800~900℃에서 20~28시간 동안 가열 후 대기 중에서 냉각하는 제2 열처리 단계로 이루어질 수 있다. The
여기서, 상기 열처리단계(120)는 상기 제1 열처리 단계 후 대기 중에서 상온까지 냉각한 후 상기 제2 열처리 단계를 진행한다. Here, in the
그리고, 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법은 상기 열처리단계(120) 후 니켈기 초내열합금 판재의 표면 거칠기를 고르게 하도록 표면을 연삭하는 표면 처리단계(130)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. In addition, the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material according to an embodiment of the present invention further includes a
상기 피닝단계(110)로 인하여 판재의 표면 거칠기가 거칠어 질 수 있기 때문에 표면 거칠기를 고르게 하도록 표면을 연삭하였다. 여기서, 상기 표면 처리단계(130)는 공지의 다양한 표면 처리 방법이 적용될 수 있다. Since the surface roughness of the plate material may become rough due to the
이하에서는 피닝단계의 최적의 조건에 대하여 검토한다. Hereinafter, the optimal conditions of the peening step are reviewed.
상기 피닝단계(110)에서 압축잔류응력의 형성에 영향을 미치는 요소는 레이저 파워이므로, 다른 조건을 고정한 후 레이저 파워를 변경하여 압축잔류응력의 형성 정도를 측정하였다. Since the factor influencing the formation of compressive residual stress in the
여기서, 니켈기 초내열합금 판재는 IN738LC 니켈기 초내열합금 판재를 25Х25Х10 ㎜의 시편 크기로 제작하였고, 피닝 조건은 레이저 파장은 532㎚, 펄스 폭은 8㎱ec, 피닝 면적은 7.5㎟, 피닝 면적 간의 중첩율은 50%로 고정하고, 레이저 파워를 4~12GW/㎠로 변경하였다. Here, the nickel-based superalloy sheet was manufactured using the IN738LC nickel-based superalloy sheet in a specimen size of 25Х25Х10 mm, and the peening conditions were laser wavelength of 532nm, pulse width of 8㎱ec, peening area of 7.5㎟, and peening area. The overlapping rate between the livers was fixed at 50%, and the laser power was changed to 4-12 GW/cm 2 .
그리고, 열처리는 1,120℃에서 2시간동안 유지한 후 공기 중에서 상온까지 냉각하고, 다시 845℃에서 24시간동안 유지한 후 공기 중에서 상온까지 냉각하였다. Then, the heat treatment was maintained at 1,120 ° C. for 2 hours, then cooled to room temperature in air, maintained at 845 ° C. for 24 hours, and then cooled to room temperature in air.
상기한 조건으로 피닝한 후 시편의 깊이(㎛)에 대한 경도(Hv)를 측정하여 도 2의 그래프에 나타내었다. 압축잔류응력이 크게 형성되면 경도 값도 크게 측정되므로, 시편의 깊에 대한 경도를 측정하여 압축잔류응력의 상대적 크기를 비교하였다.After peening under the above conditions, hardness (Hv) versus depth (μm) of the specimen was measured and shown in the graph of FIG. 2. When the compressive residual stress is large, the hardness value is also measured, so the relative size of the compressive residual stress was compared by measuring the hardness at the depth of the specimen.
여기서, 비교예 1은 피닝 처리를 하지 않은 시편이고, 실시예 1은 4GW/㎠, 실시예 2는 6GW/㎠, 실시예 3은 8GW/㎠, 실시예 4는 10GW/㎠, 실시예 5는 12GW/㎠로 레이저 파워를 설정하여 피닝 처리한 시편이다. Here, Comparative Example 1 is a specimen without peening treatment, Example 1 is 4GW/cm 2 , Example 2 is 6 GW/cm 2 , Example 3 is 8 GW/cm 2 , Example 4 is 10 GW/cm 2 , Example 5 is It is a specimen peened by setting the laser power to 12 GW/cm2.
도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 파워를 4GW/㎠로 설정한 실시예 1은 피닝 처리하지 않은 비교예 1보다 낮은 경도를 나타내고 있고, 실시예 2 내지 5는 일정 깊이까지 비교예 1보다 경도가 높게 나타남을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, Example 1 in which the laser power was set to 4 GW/cm 2 exhibited a lower hardness than Comparative Example 1 without peening, and Examples 2 to 5 had a hardness higher than that of Comparative Example 1 up to a certain depth. It can be seen that high
따라서, 본 발명의 실시예에서는 레이저 파워를 6∼12GW/㎠로 설정하여 레이저 빔을 조사하여 피닝 처리하였다.Therefore, in the embodiment of the present invention, peening was performed by irradiating a laser beam by setting the laser power to 6 to 12 GW/cm 2 .
그리고, 본 발명에서는 피닝 횟수에 따른 압축잔류응력 형성의 정도에 대한 실험을 수행하였다. And, in the present invention, an experiment was performed on the degree of formation of compressive residual stress according to the number of peening.
피닝 조건은 상기와 동일한 조건에서 레이저 파워는 실시예 4는 10GW/㎠로 고정하였고, 피닝 횟수는 2~10회 수행하였다. Peening conditions were the same conditions as above, the laser power was fixed to 10 GW/cm 2 in Example 4, and the number of peening was performed 2 to 10 times.
여기서, 비교예 1은 피닝 처리를 하지 않은 시편이고, 실시예 4-1은 2회, 실시예 4-2는 6회, 실시예 4-3은 8회, 실시예 4-4는 10회로 피닝 처리한 시편이다. Here, Comparative Example 1 is a specimen without peening treatment, Example 4-1 was peened twice, Example 4-2 was peened 6 times, Example 4-3 was peened 8 times, and Example 4-4 was peened 10 times. It is a processed specimen.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 4-1 내지 4-4 모두 피닝 처리하지 않은 비교예 1보다 경도가 높게 나타남을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, it can be seen that the hardness of Examples 4-1 to 4-4 is higher than that of Comparative Example 1 without peening treatment.
다만, 피닝을 10회 처리한 실시예 4-4의 경우 실시예 4-1 내지 4-3과 비교하여 깊이에 따른 경도가 초반에 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. However, in the case of Example 4-4 in which the peening process was performed 10 times, it can be seen that the hardness with depth decreases rapidly at the beginning compared to Examples 4-1 to 4-3.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 피닝 횟수를 2~8회로 설정하여 피닝 처리하였다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the peening process was performed by setting the number of peening times to 2 to 8 times.
상기와 같은 조건으로 제작된 시편 중에서 대표적으로 레이저 파워를 10GW/㎠로 설정하고 피닝 횟수를 8회 처리한 실시예 4-3 시편에 대하여 깊이에 대한 압축잔류응력, 온도 변화에 대한 압축잔류응력, 그리고 피로수명을 측정하여 비교예 1과 비교해 보았다. Among the specimens manufactured under the above conditions, the laser power was set to 10 GW/cm 2 and the number of peenings was 8 times. For the specimen of Example 4-3, compressive residual stress with respect to depth, compressive residual stress with respect to temperature change, And the fatigue life was measured and compared with Comparative Example 1.
여기서, 압축잔류응력은 고분해능 XRD(X-Ray Diffraction)를 활용하여 측정하였다. 그리고, 깊이에 대한 압축잔류응력 측정은 전해연마를 통하여 측정 깊이까지 표면을 연마하면서 XRD로 측정을 반복하고, 압축잔류응력이 측정되지 않는 깊이까지 측정하였다. Here, the compressive residual stress was measured using high-resolution XRD (X-Ray Diffraction). In addition, the compressive residual stress was measured by XRD while polishing the surface to the measurement depth through electrolytic polishing, and the compressive residual stress was measured to a depth where the compressive residual stress was not measured.
깊이에 대한 압축잔류응력은, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 4-3은 피닝 처리를 하지 않은 비교예 1과 비교하여 표면에서 약 1,400MPa의 큰 압축잔류응력을 가지며, 약 1,300㎛의 깊이까지 비교예 1보다 높은 압축잔류응력을 가지는 것을 확인할 수 있다. As for the compressive residual stress with respect to the depth, as shown in FIG. 4, Example 4-3 has a large compressive residual stress of about 1,400 MPa at the surface compared to Comparative Example 1 without peening treatment, and about 1,300 μm It can be seen that it has a higher compressive residual stress than Comparative Example 1 to the depth.
온도 변화에 대한 압축잔류응력은, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 4-3은 약 600℃까지는 크게 감소하지 않다가, 600℃ 이상의 온도에서 압축잔류응력이 감소함을 확인할 수 있다. 그리고, 약 600℃의 고온에서도 약 750MPa의 압축잔류응력이 존재하는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5, the compressive residual stress with respect to temperature change does not significantly decrease until about 600° C. in Example 4-3, but it can be seen that the compressive residual stress decreases at a temperature of 600° C. or higher. And, it can be confirmed that a compressive residual stress of about 750 MPa exists even at a high temperature of about 600 ° C.
여기서, 온도 변화 조건은 10- 3torr의 진공도에서 20℃/min의 승온 속도로 가열한 후 600℃, 700℃, 800℃ 각각에서 5분간 유지한 후 압축잔류응력을 측정하였다. Here, the temperature change condition was heated at a heating rate of 20 ° C / min at a vacuum of 10 - 3 torr, maintained at 600 ° C, 700 ° C, and 800 ° C for 5 minutes, respectively, and then the compressive residual stress was measured.
그리고, 피로수명은, 도 6에 도시된 바와 같이, 피닝 처리를 하지 않은 비교예 1의 경우에는 약 15,000회 사이클 정도로 측정되었지만, 실시예 4-3은 40,000회 사이클을 초과하는 것을 확인할 수 있다. And, as shown in FIG. 6, in the case of Comparative Example 1 without peening treatment, the fatigue life was measured at about 15,000 cycles, but in Example 4-3, it can be confirmed that it exceeds 40,000 cycles.
즉, 본 발명을 통하여 피로수명을 2~4배까지 증가시킬 수 있다.That is, the fatigue life can be increased by 2 to 4 times through the present invention.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법은 레이저 파워가 6∼12GW/㎠인 레이저 빔을 조사하여 2∼8회 피닝 처리하여 고온에서도 압축잔류응력을 유지하여 피로수명을 향상시킬 수 있다.Therefore, in the method for manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet according to an embodiment of the present invention, a laser beam having a laser power of 6 to 12 GW/cm 2 is irradiated and peened 2 to 8 times to maintain compressive residual stress even at high temperatures, thereby improving fatigue life. can improve
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, the present invention is not limited thereto, and the present invention is within the technical spirit of the present invention. It is clear that modification or improvement is possible by the person.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.
Claims (10)
레이저 피닝 처리된 니켈기 초내열합금 판재를 열처리하는 열처리단계;를 포함하고,
상기 피닝단계는 파장이 500~550㎚이고, 펄스 폭이 6~10㎱ec인 레이저 빔을 조사하는 것이고,
상기 피닝단계를 2∼8회 수행한 후 열처리하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
A peening step of applying a compressive residual stress to the surface of the nickel-based superheat-resistant alloy sheet by laser peening (laser peening) on the nickel-based superheat-resistant alloy sheet; and
A heat treatment step of heat-treating the laser-peened nickel-base superalloy sheet; Including,
The peening step is to irradiate a laser beam having a wavelength of 500 to 550 nm and a pulse width of 6 to 10 ns,
Method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that the heat treatment after performing the peening step 2 to 8 times.
상기 피닝단계는,
파워가 6∼12GW/㎠인 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 1,
The pinning step is
A method for producing a nickel-base superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that irradiating a laser beam having a power of 6 to 12 GW / cm 2.
상기 피닝단계는,
피닝 면적이 5~10㎟이 되도록 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 1,
The pinning step is
A method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that by irradiating a laser beam so that the peening area is 5 to 10 mm2.
상기 피닝단계는,
피닝 면적 간의 중첩율이 40~60%가 되도록 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 1,
The pinning step is
A method of manufacturing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that by irradiating a laser beam so that the overlap rate between the peening areas is 40 to 60%.
상기 열처리단계는,
1,000~1,200℃에서 1~3시간 동안 가열 후 대기 중에서 냉각하는 제1 열처리 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 1,
In the heat treatment step,
A first heat treatment step of heating at 1,000 to 1,200 ° C. for 1 to 3 hours and then cooling in the air;
Method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material comprising a.
상기 열처리단계는,
상기 제1 열처리 단계 후 800~900℃에서 20~28시간 동안 가열 후 대기 중에서 냉각하는 제2 열처리 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 7,
In the heat treatment step,
A second heat treatment step of cooling in the air after heating at 800 to 900 ° C. for 20 to 28 hours after the first heat treatment step;
Method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that it further comprises.
상기 열처리단계는,
상기 제1 열처리 단계 후 대기 중에서 상온까지 냉각한 후 상기 제2 열처리 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 8,
In the heat treatment step,
Method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that after the first heat treatment step, the second heat treatment step is performed after cooling to room temperature in the air.
상기 열처리단계 후 니켈기 초내열합금 판재의 표면 거칠기를 고르게 하도록 표면을 연삭하는 표면 처리단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈기 초내열합금 판재의 제조방법.
According to claim 1,
A surface treatment step of grinding the surface of the nickel-based superheat-resistant alloy plate to even out the surface roughness after the heat treatment step;
Method for producing a nickel-based superheat-resistant alloy sheet material, characterized in that it further comprises.
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