CMSX-4 단결정 초내열합금 용접 응고균열 제어 방안에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The weldability of the single-crystal superalloy CMSX-4 is severely limited due to solidification cracking, which arises from strong solute segregation and the persistence of interdendritic liquid films during terminal solidification. Varestraint testing revealed that solidification brittle temperature range(BTR) increases with dendrite coalescence undercooling (ΔTb), which is amplified by crystallographic misorientation (θ). Higher θ promotes liquid-film instability and correlates with an expanded BTR. To clarify the origin of misorientation, weld solidification behavior was analyzed through a columnar- to-equiaxed transition (CET) based welding simulation. Conditions that reduce G/R disrupt epitaxial growth, generate stray grains, and elevate cracking susceptibility, whereas maintaining sufficiently high G/R stabilizes epitaxy. These findings establish a mechanistic link between ΔTb, θ evolution, CET behavior, and BTR variation, providing a foundation for developing solidification crack-free, epitaxially grown welding strategies for CMSX-4 repair applications.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 제2장 이론적 배경 10
• 2.1 Ni계 초내열합금과 응고 공정 10
• 2.1.1 Ni계 초내열합금 10
• 2.1.2 단결정 초내열합금 개발 동향 19
• 2.1.3 CMSX-4 초내열합금 29
• 2.1.4 단결정 응고 기술과 응고 결함 32
• 2.1.5 단결정 블레이드 보수 적층제조 기술 현황 및 한계 40
• 2.2 CMSX-4 초내열합금의 응고균열 현상 45
• 2.2.1 응고균열 발생 메커니즘 46
• 2.3 용접 응고균열 평가 시험법 49
• 제3장 용접금속의 단결정 및 다결정화에 따른 응고균열 민감도 변화 거동 평가 53
• 3.1 사용재료 및 실험방법 53
• 3.1.1 사용재료 53
• 3.1.2 GTAW Varestraint 시험 54
• 3.2 미세조직 분석 54
• 3.3 아크 오실레이션에 따른 응고균열 발생 거동 58
• 3.4 용접금속 에피택셜 성장 거동에 따른 BTR 변화 거동 68
• 3.5 용접금속 에피택셜 성장 거동에 따른 BTR 변화 메커니즘 규명 72
• 3.5.1 용접조건에 따른 용접 응고온도범위 변화 72
• 3.5.2 용접 에피택셜 성장과 BTR 간의 상관관계 77
• 3.5.3 결정 방위차에 따른 수지상 병합 과냉도의 영향 추정 및 고찰 한계 83
• 제4장 주상-등축 천이(CET) 무균열 에피택셜 용접 검증 88
• 4.1 사용재료 및 실험방법 88
• 4.1.1 사용재료 88
• 4.1.2 GTAW 88
• 4.2 미세조직 분석 89
• 4.3 CET 해석 방법 89
• 4.3.1 Thermo-Calc AM module 및 CET 계산 89
• 4.4 용접조건에 따른 GTA 용접부 응고균열 거동 및 무균열, 에피택셜 용접 가능성 검토 93
• 4.5 응고모드 변화 및 CET에 따른 GTA 용접부 응고균열 거동 고찰 98
• 제5장 결론 108