일방향 주조된 니켈기 초내열 합금 CM247LC에서 열간노출에 따른 미세조직 및 크리프 특성 변화

• Published in: 한국주조공학회지 Vol. 45; no. 2; pp. 53 - 62
• Main Authors: 최백규, Baig-gyu Choi, 도정현, Jeonghyeon Do, 정중은, Joong Eun Jung, 이상원, Sangwon Lee, 김인수, In Soo Kim
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국주조공학회 30.04.2025
• Subjects: CM247LC; Directionally solidified Ni-based superalloy; Thermal exposure and Creep property; 금속공학; 열간 노출; 일방향응고 니켈기 초내열합금; 크리프 특성
• ISSN: 1598-706X; 2288-8381
• DOI: 10.7777/jkfs.2025.45.2.53

일방향 응고된 초내열합금 CM247LC를 750℃, 850℃, 950℃에서 최대 10,000시간까지 열간노출시켜 미세조직 변화를 관찰하였고, 기계적 특성 변화를 평가하기 위해 950℃/250 MPa 조건에서 크리프 실험을 수행하였다. γ' 상의 크기 및 형상 변화는 열간노출 온도에 따라 다르게 나타났다. 750℃에서는 γ'의 크기와 형태에 큰 변화가 없었으나, 850℃에서는 γ'가 구형에 가까운 형태로 변화하였다. 반면, 950℃에서는 γ'가 급격히 조대화되었는데 850℃에서 노출된 시편과 γ'의 형상 차이가 관찰되었다. 또한, 공정조직 내부의 조대한 γ' 상 내부에는 미세한 γ 상이 석출되었는데 750℃에서 열간노출된 시편에서만 확인되었으며 이는 온도에 따른 γ'의 조성 차이에서 기인한 것으로 판단된다. 열간노출 후 MC 탄화물의 분해 반응에 따라 공정조직 부근에서는 M 23 C 6 탄화물이 석출되었으며, 입계에서는 M 23 C 6 와 M 6 C가 동시에 관찰되었다. 또한, 입내에는 침상 형태의 M 6 C가 석출되었다. 950℃/250 MPa 조건에서 수행한 크리프 실험 결과, 열간노출 온도가 증가할수록 크리프 변형 속도가 증가하고 파단 시간이 감소하는 경향을 보였다. 특히, 950℃에서 10,000시간 동안 열간노출된 시편에서는 다른 시편과는 달리 크리프 실험 후 γ'의 래프팅 (rafting) 현상이 관찰되지 않았다. Directionally solidified CM247LC superalloy was exposed to high temperatures of 750℃, 850℃, and 950℃ for up to 10,000 hours to observe the microstructural evolution in this material. To evaluate variations in the mechanical properties, creep tests were conducted at 950℃ and 250MPa. The size and morphology of the γ' phase remained mostly unchanged after exposure at 750℃, while at 850℃, the γ' phase developed into a more spherical shape. At 950℃, γ' coarsened rapidly, exhibiting distinct morphological differences compared with those at and below 850℃. Fine γ precipitates within the coarse γ' phase of the γ-γ' eutectic microstructure were observed only in the specimen exposed to a temperature of 750℃, attributable to compositional differences in γ' depending on the temperature. After thermal exposure, the decomposition of MC carbides resulted in the formation of M 23 C 6 near the γ-γ' eutectic, while both M 23 C 6 and M 6 C carbides were observed at the grain boundaries. Additionally, needle-like M 6 C was found inside the grains. Creep test results at 950℃/250MPa showed that the higher exposure temperature, the higher creep rate, and the shorter rupture time. Notably, in the specimen exposed to 950℃ for 10,000 hours, γ' rafting was not observed after the creep test, in contrast to the other specimens.