첨가 제조된 합금 718을 처리하는 데 있어 고온 어닐링로의 주요 역할은 일반적으로 약 2시간 동안 1066°C에 도달하는 균일하고 긴 지속 시간의 열장에 재료를 노출시키는 것입니다. 이 중요한 단계는 유해한 2차 상을 용해하고 인쇄된 부품 내부에 잠긴 강렬한 탄성 변형을 완화하여 급속 응고의 부정적인 영향을 되돌리기 위해 설계되었습니다.
핵심 요점 프린팅 공정은 부품 무결성을 손상시키는 응력이 가해지고 불균일한 미세 구조를 생성합니다. 고온 어닐링은 열 에너지를 사용하여 격자 왜곡을 복구하고 미세 구조를 균질화하여 파괴적인 잔류 응력을 제거하는 재료 "재설정" 역할을 합니다.
미세 구조 복구 메커니즘
균질화 촉진
레이저 분말 베드 융합(LPBF) 또는 전자빔 분말 베드 융합(EB-PBF)과 같은 첨가 제조 방식은 급속한 가열 및 냉각을 포함합니다. 이로 인해 내부 구조가 매우 불균일해집니다.
어닐링로는 합금 내의 원소가 균일하게 확산될 수 있도록 안정적인 열 환경을 제공합니다. 이 미세 구조 균질화는 재료 특성이 레이어별로 변하는 것이 아니라 전체 부품에 걸쳐 일관되도록 보장합니다.
유해한 상 용해
프린팅 공정의 급속 응고 중에 합금 718은 종종 유해한 2차 상을 침전시킵니다. 이러한 분리된 원소는 재료를 약화시킬 수 있습니다.
부품을 고온(예: 1066°C)에서 유지하면 이러한 2차 상이 기본 매트릭스로 다시 효과적으로 용해됩니다. 이는 미세 구조를 정리하고 합금을 후속 시효 처리 또는 최종 응용을 위해 준비합니다.
격자 왜곡 복구
3D 프린팅의 극심한 열 구배는 금속의 원자 격자를 왜곡시킵니다. 이것은 탄성 변형으로 저장됩니다.
로에서 제공하는 열 에너지는 원자 격자가 이완되고 평형 모양을 복구할 수 있도록 합니다. 이 과정은 거시적 응력 완화의 전구체인 원자 수준에서 격자 왜곡을 수정합니다.
파괴적인 응력 제거
잔류 장력 해제
LPBF 또는 EB-PBF를 통해 제작된 부품은 레이어별 구성으로 인해 상당한 잔류 응력이 축적됩니다. 처리 없이는 이러한 응력으로 인해 부품이 변형되거나 자발적으로 균열이 발생할 수 있습니다.
어닐링로는 이 저장된 에너지의 방출을 촉진합니다. 고온을 유지함으로써 재료는 약간 변형되어 부품의 치수 안정성을 위협하는 내부 장력 힘을 중화합니다.
구조적 무결성 향상
고온 처리는 재료의 결정립 구조를 변환합니다. 이는 이방성 증착 구조(레이어 인터페이스에 약점이 있는)를 보다 균일한 상태로 전환하는 데 도움이 됩니다.
이 변환은 프린팅 방향에 내재된 구조적 약점을 제거합니다. 결과적으로 재료의 전반적인 인성과 균열 전파 저항이 크게 향상됩니다.
절충점 이해
열 이력 대 형상
고온 어닐링은 응력 완화에 필수적이지만 금속의 "인쇄된 그대로의" 특성을 변경합니다.
이 공정은 레이저 또는 빔에 의해 남겨진 독특한 용융 풀 흔적을 미세한 등축 결정립 구조로 변환합니다. 이는 등방성(균일한) 강도를 향상시키지만, 인쇄 중에 생성된 특정 방향성 결정립 구조를 효과적으로 지웁니다. 엔지니어는 부품이 하중 하에서 실패하지 않도록 이 미세 구조 변경을 수용해야 합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
합금 718 부품의 성능을 극대화하려면 어닐링이 특정 요구 사항과 어떻게 일치하는지 고려하십시오.
- 주요 초점이 치수 안정성인 경우: 어닐링로가 1066°C에서 엄격하게 균일한 장을 유지하여 탄성 변형을 완전히 방출하고 뒤틀림을 방지하도록 하십시오.
- 주요 초점이 기계적 인성인 경우: 어닐링 공정을 사용하여 이방성 용융 풀을 등축 결정립으로 변환하여 균열 전파 위험을 줄이십시오.
- 주요 초점이 미세 구조 순도인 경우: 장시간 열 담금을 사용하여 피로 수명을 손상시킬 수 있는 유해한 2차 상을 용해하십시오.
고온 어닐링은 중요 합금 718 응용 분야에 선택 사항이 아닙니다. 인쇄된 형상과 신뢰할 수 있는 엔지니어링 구성 요소 사이의 다리입니다.
요약표:
| 공정 목표 | 메커니즘 | 주요 이점 |
|---|---|---|
| 균질화 | 1066°C에서의 안정적인 열 확산 | 모든 레이어에 걸친 균일한 재료 특성 |
| 상 용해 | 유해한 2차 상 용해 | 시효를 위한 합금 매트릭스 준비 및 순도 향상 |
| 격자 복구 | 원자 격자 왜곡 완화 | 원자 수준에서 탄성 변형 수정 |
| 응력 완화 | 내부 장력 중화 | 치수 뒤틀림 및 자발적 균열 방지 |
| 구조적 변화 | 등축 결정립 변환 | 이방성 제거 및 인성 증가 |
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참고문헌
- Sneha Goel, Robert Pederson. Residual stress determination by neutron diffraction in powder bed fusion-built Alloy 718: Influence of process parameters and post-treatment. DOI: 10.1016/j.matdes.2020.109045
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