C 첨가에 의한 TiAl 계 합금의 층상조직 미세화

초록

Gamma TiAl계 합금은 높은 비강도, 내식성 등 고성능 항공기 재료로서의 특성을 갖추고 있어서 최근 10여년간 많은 연구의 대상이 되고 있다. 본 연구에서는 TiAl-Mn-Mo 합금의 응용 기계적 특성 중 고온 강도와 크립 저항성, 피로 저항성을 향상시키고자 침입형 합금원소인 C를 첨가하였으며, 잉고트 합금법에 비해 미세조직, 조성의 균질화, 최종형상 공정 등의 이점을 갖고 있는 EPM 법을 이용하여 기본합금인 Ti-46.6Al-1.4Mn-2Mo과 기본합금에 탄소가 첨가된 Ti-46.6Al-1.4Mn-2Mo-0.3C(at.%) 합금을 제조하였다. C의 첨가로 인하여 γ-TiAl 합금의 Tα온도가 1367℃에서 1361℃로 감소되었다. 등온변태곡선을 얻기 위해 온도기록계(x-t recorder)가 장착된 알루미나 보트를 시편 홀더로 사용하여 Ar 분위기에서 1℃/s∼1000℃/s의 냉각속도를 조절하였다. 이 장치를 이용해 기본합금과 탄소가 첨가된 합금을 1400℃/1h+(1100, 1200, 1300)℃×[0, 20, 40, 80, 120, 160s]/WQ의 열처리를 행하였고, 이에 따라 C 첨가는 γ lamellar 형성의 C-curve nose를 오른쪽으로 이동시켰다. 이는 C가 γ보다 α2상에 고용도가 높으므로 고온 α상을 더 낮은 온도까지 안정화시켜 α→γ의 상변태를 억제하였기 때문이다. 그리고, C의 첨가로 인하여 층상간격이 1/2로 감소하였다. C 첨가에 의한 층상간격 미세화 기구는 다음과 같다. 첫째, 층상조직을 위한 열처리 시 C가 α 입계에 편석되어 적층결함에너지를 낮추고 많은 fcc 적층영역을 형성하여 γ lamellar의 불균질 핵생성 속도를 증가시킨다. 둘째, α에 비해 상대적으로 고용도가 낮은 γ lamellar는 탄소가 과포화상태로 존재하므로, ledge mechanism에 의한 폭 방향 성장 시 γ내에 과포화 고용되어 있던 C가 α로 이동하면서 두께 증가를 저지한다. 상온, 400, 600, 800, 1000℃에서 1×10-3 s-1 변형율로 인장시험을 행한 결과 C 첨가 합금의 상온 및 고온 인장강도가 크게 향상되었다.