[비철재료] 일방향응고

최초 등록일
2013.12.20
최종 저작일
2013.11
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목차

1. 일방향 응고이란?
2. 일방향 응고 공정변수
3. 일방향 응고 합금
4. 일방향 응고의 실사용
5. 국가별 동향
6. 참고 문헌

본문내용

항공기 제트엔진의 고압터빈의 1, 2단의 터빈 날개는 최근 일방향응고법에 의한 단결정 주조조직상의 정밀주조품이 채용되고 있다. 일방향 응고법은 많은 연구자들에 의해서 채택되고 있는 신금속 제조방법 중의 하나로서 봉상의 시료를 전자빔에 의한 부유대 용융법을 사용함으로써 재료의 결정이 일방향을 성장하게 하는 방법이다. 이 방법은 종래의 주조법 등이 비해 불순물이 개입되지 않기 때문에 의도하는 순수한 금속재료를 제작할 수 있고, 응고속도를 제어할 수 있기 때문에 시료를 단결정으로 하는 것도 가능한 장점이 있으나, 처리하고자 하는 봉상의 크기가 큰 경우에는 사용하기 곤란하며, 복잡한 형상 및 점도가 낮은 금속재료에는 사용하지 못하는 한계가 있다.
일방향응고법에 의한 기술발달은 과거의 결정미세화조직보다 훨씬 우수한 기계적 성질을 나타내고 있다. 이는 일방향응고법에 의한 정밀주조품이 통상의 주조조직과는 달리 매크로조직이 날개의 축방향과 같은 방향으로 주상정이 성장되어 있거나 또는 하나의 결정으로 주조됨으로써 회전하는 축방향에 열피로를 감소시키고 결정입계에서 발생할 수 있는 악영향을 제거함으로써 수명을 더욱 향상시킬 수 있는 기술이다.
일방향응고법의 원리는 주물의 응고 시에 결정을 성장시키고자 하는 방향으로 가능한 높은 열구배를 주형에 부여하는 방법이다. 통상 주조되는 금속은 내열합금으로 진공용해로에서 용해되며 주조시 주형가열장치가 되어 있는 진공분위기에서 특별히 제작된 주형하강장치를 이용하여 천천히 아래로 끌어내리면서 응고시키는 방법이다. 주입된 용탕의 일단을 양호한 열전도체의 수냉동판과 접촉시켜 이곳으로부터 응고가 시작되도록 한다. 수냉판 이외의 가열로는 주형을 응고 온도이상 일정하게 유지시켜야 하며, 이 경우 발열재료나, 주형을 전기적으로 가열되는 기술 등이 필요하다. 결정의 성장은 냉각판위에 놓여있는 주형을 냉각판과 함께 아주 천천히 내림으로써 촉진되며 응고속도를 제어하는 기술이 필요하다. 또한 결정의 응고방향을 용이하게 하기 위해 종자결정을 사용함으로써 단결정 성장 기술에 적용하고 있으며 제트 엔진의 터빈 블레이드 제조의 핵심 기술로 알려져 있다.

참고 자료

http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=in-situ_fabrication_of_metal_matrix_composites. substech.
고진현 외 역. 「재료과학과 공학 4판」. 사이텍미디어. pp.118~121.
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신소재경제(2013), 소재기술백서 2011(주조공정-단결정 주조 ), 신소재경제 05-07
이재현(2013). 응고이야기 : 얼음, 아이스크림, 강한금속, 단결정, 전남일보 01-24
구지호(2013). CMSX-10 단결정 초내열합금에서 일방향 응고 공정변수에 따른 응고조직 변화도. p.199-200
김민철(1997). 단결정, 일방향응고, 다결정TiAl+Mo 합금의 미세조직과 기계적 성질. p.142
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