선택적 레이저 용융(SLM)은 외부 캡슐화가 필요 없도록 충분히 조밀한 "표면"을 생성합니다. SLM으로 생산된 316L 스테인리스강 부품은 부품 표면이 효과적으로 기밀 장벽 역할을 하기 때문에 캡슐 없이 열간 등방압착(HIP)을 거칠 수 있습니다. 외부 표면에 연결된 열린 기공이 없는 한, 고압 아르곤 가스가 내부로 침투하는 것을 방지하여 장비가 내부 공극을 압착할 수 있도록 합니다.
캡슐 없는 HIP의 성공은 전적으로 SLM 부품의 표면 무결성에 달려 있습니다. 외부 표면이 밀봉된 경계를 형성하면 외부 압력이 차이를 생성하여 소성 변형을 통해 내부 공극을 붕괴시킵니다. 그러나 표면 기공이 가스 침투를 허용하면 밀화 공정이 실패합니다.
캡슐 없는 밀화의 역학
자체 용기를 갖춘 부품
전통적인 분말 야금에서는 압착 가스로부터 분리하기 위해 느슨한 분말을 강철 재킷(캡슐)에 밀봉해야 합니다.
그러나 SLM 부품은 이미 응집된 사전 소결된 고체입니다. SLM 공정이 연속적인 외부 표면을 달성하는 한, 316L 스테인리스강 자체가 격리 장벽 역할을 하여 별도의 용기가 필요하지 않습니다.
압력 차이 생성
HIP 공정은 챔버를 아르곤 가스로 채우고 종종 100 MPa에 도달하는 극심한 압력을 가합니다.
가스가 부품의 밀봉된 표면을 통과할 수 없기 때문에 압력은 외부로만 적용됩니다. 이 엄청난 힘은 재료를 압축하여 적층 제조에서 일반적인 내부 폐쇄 기공과 수축 결함을 붕괴시킵니다.
소성 변형 및 크리프
고압 및 고온(예: 1150°C)의 복합적인 영향으로 재료가 항복합니다.
압력 차이는 금속이 크리프 및 소성 변형을 겪도록 강제합니다. 재료의 이러한 물리적 이동은 내부 공극을 채워 구성 요소가 이론적 밀도의 99% 이상에 도달할 수 있도록 합니다.
중요 전제 조건: 표면 무결성
폐쇄 기공 요구 사항
캡슐 없는 HIP가 작동하려면 부품 내부의 결함이 표면 아래에 있는 폐쇄 기공이어야 합니다.
SLM 인쇄 매개변수는 부품의 "표면"이 단단하도록 충분히 조정되어야 합니다. 이 공정은 내부 공극이 외부 세계와 연결된 터널이 아니라 고립된 진공 포켓이라는 사실에 의존합니다.
열린 기공이 실패를 유발하는 이유
SLM 부품에 표면 개방 기공이나 균열이 있는 경우, 공정은 "단락"을 생성합니다.
고압 아르곤 가스가 이러한 개구부를 통해 흐르고 내부 구조로 들어갑니다. 가스가 내부에 들어가면 압력이 균등해져 외부에서 가하는 힘과 동일한 힘으로 내부에서 외부로 밀어냅니다.
압력 차이가 없으면 내부 기공이 붕괴되지 않아 밀화 단계가 효과가 없습니다.
절충점 이해
표면 결함 치유 불가
HIP는 내부 구조적 무결성에 탁월하지만 캡슐 없이는 표면 파손 결함을 수정할 수 없습니다.
SLM 부품의 표면 마감이 다공성인 경우 HIP는 이를 매끄럽게 하거나 밀봉하지 않습니다. 가스는 표면 불규칙성을 압축하는 대신 단순히 침투합니다.
미세 구조 대 기공
열 어닐링과 압력 기반 밀화를 구별하는 것이 중요합니다.
표준 튜브 퍼니스는 미세 구조를 변경하고 응력을 완화할 수 있지만 물리적으로 공극을 닫는 데 필요한 압력이 부족합니다. HIP만이 캡슐 없는 조건이 충족되는 경우 기공을 제거하는 데 필요한 압력을 제공합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
316L 부품의 성공적인 밀화를 보장하려면 제조 단계와 품질을 평가하십시오.
- 표준 SLM 부품의 밀화가 주요 초점인 경우: 인쇄 매개변수가 기밀 표면(열린 기공 없음)을 생성하여 부품이 아르곤 압력에 대해 자체 밀봉될 수 있도록 하십시오.
- 표면 파손 균열 치유가 주요 초점인 경우: 캡슐 없는 HIP는 대기에 연결된 결함을 밀화할 수 없으므로 캡슐화(캔닝) 방법을 사용해야 합니다.
- 순전히 미세 구조 균질화가 주요 초점인 경우: 튜브 퍼니스는 재결정에 충분할 수 있지만 HIP만큼 부품 밀도나 피로 성능을 향상시키지는 못합니다.
궁극적으로 캡슐 없는 HIP는 외부 쉘이 불투과성을 유지하는 한 SLM 부품을 인쇄된 모양에서 단조 품질 구성 요소로 변환합니다.
요약 표:
| 특징 | 캡슐 없는 HIP (SLM 부품) | 전통적인 HIP (분말) |
|---|---|---|
| 격납 | 부품 표면이 "표면" 역할 | 외부 강철 재킷 (용기) |
| 전제 조건 | 표면 연결 기공 없음 | 캡슐 내부의 밀봉된 진공 |
| 메커니즘 | 고체 쉘에 대한 압력 차이 | 느슨한 분말에 적용되는 압력 |
| 대상 결함 | 내부 폐쇄 기공/수축 | 분말의 완전한 통합 |
| 표면 영향 | 표면 파손 균열 치유 불가 | 표면 수준의 공극 치유 가능 |
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참고문헌
- Tomáš Čegan, Pavel Krpec. Effect of Hot Isostatic Pressing on Porosity and Mechanical Properties of 316 L Stainless Steel Prepared by the Selective Laser Melting Method. DOI: 10.3390/ma13194377
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