LPBF 적층 제조 공정을 이용한 CM247LC 초내열합금의 제조 및 균열 생성 기구 연구

초록

Ni-based superalloy는 고온에서 우수한 기계적 특성과 부식 저항성으로 인해 gas turbine blades 나 vanes 등의 고온에 노출되는 부품으로 적용되고 있다. 그 중 CM247LC 합금은 고용강화 및 석출경화효과로 인해 1000℃ 수준에서도 우수한 기계적특성을 유지할 뿐만 아니라 탁월한 내식성과 크리프 저항성을 지니고 있다. gas turbine의 효율은 Turbine Inlet Temperature(TIT)가 높을수록 증가하며, TIT성능을 향상시키고자 turbine blade의 효과적인 냉각 시스템을 필요로 하고 있어 최근 3D 프린팅 기술을 도입하려는 시도가 증가하고 있다. 본 연구에서는 Laser Powder bed fusion(LPBF) 기술을 이용하여 CM247LC Ni-based superalloy를 제조하였다. 적층제조 공정으로 제조된 CM247LC 합금은 크랙에 취약하여 적층제조가 어려운 합금으로 알려져 있다. 이에 LPBF 공정 조건에 따라 Volumetric energy density(VED를 고려하여 제조된 시편의 결함의 형태, 분율 등 미세조직적 특징을 관찰하였다. 조건별 Process window map을 통해서 시편의 Infill 공정 조건과 Contour 공정 조건을 선정하여 15mm x 20mm x 200mm Bar type의 시편을 제조하였다. 제조된 시편의 미세조직 및 결함들을 분석한 결과 Columnal structure의 미세조직이 관찰되었으며, 해당 계면을 따라 Hot cracking의 일종인 Solidification Crack들이 다수 관찰되었다. 또한 Grain Boundary와 상관없이 Dendrite arm이 관찰되는 Liquiation crack이 관찰되었다. 해당 결함들의 분석을 통해 LPBF 적층 제조로 CM247LC 합금 제조 시 미세조직적 특성의 분석 및 크랙 생성 기구를 규명하고자 하였다.