가스터빈 블레이드: 방향성 응고 준비 대한민국

11월 19, 2024

터빈 블레이드는 가스터빈의 핵심 핫엔드 구성 요소이며, 그 연구 개발 및 제조는 국가 산업의 개발 규모와 기술 수준을 반영하는 중요한 요소입니다. 가스터빈 블레이드 제조 기술의 최근 연구 진행 상황을 검토합니다. 연구 그룹의 연구를 바탕으로 가스터빈 블레이드의 방향성 응고 분야의 연구 진행 상황을 소개하고 초점 방향을 제시합니다.

1 방향성 응고 기술

방향성 응고 기술은 응고 과정에서 강제적인 수단으로 특정 방향으로 온도 구배를 설정하여 응고가 특정 방향을 따라 진행되도록 하는 기술을 말합니다. 금속의 응고 과정에서 응고된 부분과 응고되지 않은 용융물 사이에 특정 방향으로 온도 구배가 있어 금속이 열전도와 반대 방향으로 응고됩니다. 방향성 응고 기술을 사용하면 특정 방향의 원주형 또는 단결정을 얻을 수 있으며 원주형 또는 단결정 블레이드를 제조할 수 있으며 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

1960년대 후반, Versnyder 등은 방향성 응고 기술을 초합금 생산에 적용하여 응고 구조의 결정립 방향을 더 잘 제어하고, 횡방향 결정립계를 제거하며, 초합금의 기계적 성질을 크게 개선했습니다. 방향성 응고 기술은 수십 년간의 연구 끝에 발열 분말(EP) 방법, 파워 다운(PD) 방법, 고속 응고(PD) 방법, HRS[12] 및 액체 금속 냉각(LMC)과 같은 기존 기술을 개발했습니다. 현재는 고속 응고 방법과 액체 금속 냉각 방법이 널리 사용되고 있습니다.

1.1고속응고법

고속 응고법은 주물을 고온 영역에서 점차적으로 한 방향으로 이동하여 단일 방향 응고를 달성하는 방법입니다. 이 방법은 응고 과정에서 온도 구배가 점차적으로 감소하는 문제를 개선합니다. 고속 응고법의 원리는 그림 1(a)에 나와 있습니다. 단열 배플이 용광로 바닥에 설치되고 주물보다 약간 큰 입구가 배플에 열립니다. 용광로 내부는 가열된 상태로 유지됩니다. 금속의 응고 과정 동안 쉘이 천천히 당겨져 외부에 노출된 금속 부분이 냉각되고 응고되기 시작하는 반면 용광로에 있는 금속 용융물은 여전히 가열된 상태이므로 축 방향 온도 구배가 형성됩니다. 고속응고법은 온도구배와 냉각속도가 높고 안정적이며, 긴 기둥형 결정과 미세조직을 얻을 수 있어 주물의 기계적 성질을 크게 향상 시킬 수 있으나, 이 방법의 온도구배는 여전히 부족하고, 두껍고 큰 주물의 방향성 응고과정에서 주근깨, 불순물 등의 주조결함이 여전히 발생하기 쉽다.