O-Ti2AlNb 합금의 미세구조 및 물성 제어

본 연구는 O(Ti2AlNb) 상 기반 합금의 설계에 있어 새로운 물리화학적 접근법을 제시한다. Al과 Nb의 균형을 통해 O+β/B2 이상 조성을 유지하고, 고융점 및/또는 큰 원자 반경을 가진 원소로 합금하여 산화 및 크리프 저항성을 향상시키면서도 적절한 연성을 확보하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 네 가지 실험적 다성분 합금을 제조하고, 기준 합금(Ti-22Al-25Nb-0.15B)과 비교 분석했다. 합금의 상 변태 거동은 DSC 분석을 통해 확인되었으며, 모든 합금에서 O(Ti2AlNb)+β/B2 → β/B2+α2(Ti3Al)+O(Ti2AlNb) → β/B2+α2(Ti3Al) → β/B2 → L의 동일한 순서를 보였다. 장기 산화 시험(700 °C/1000 h) 결과, 복합 합금화, 높은 Al 함량, 그리고 감소된 β/B2 분율이 산화 저항성을 크게 개선함을 확인했다. 등온 3D 단조 및 열처리 후 인장 및 크리프 거동을 평가했다. 연구된 조성 중 Ti-23.5Al 기반 합금은 단조 후 β/B2-어닐링 및 시효 처리를 통해 가장 균형 잡힌 기계적 특성과 향상된 산화 저항성을 나타냈다. 이 합금은 상온에서 1071-1136 MPa의 인장 강도와 1.5-1.7%의 연신율을 보였으며, 700 °C/340 MPa에서 141.5-174 시간의 크리프 파단 수명을 기록했다. 또한, 700 °C 공기 노출 1000시간 후 약 0.8 mg/cm2의 낮은 질량 증가를 보였다. 이 최적 조성의 미세구조-물성 관계 연구는 제안된 다성분 합금화 전략의 이점을 명확히 보여준다. 본 연구 결과는 고성능 O-Ti2AlNb 기반 합금 개발에 중요한 지침을 제공하며, 항공우주 및 고온 응용 분야에 기여할 것으로 기대된다.