360 MPa에서 600 MPa 사이의 압력을 가하는 것이 중요합니다. 열만으로는 티타늄 분말을 완전히 밀집시키기에 충분하지 않기 때문입니다. 열 에너지는 재료를 가소성 상태로 만들지만, 이 특정 압력 범위는 입자 간의 유동 저항을 극복하는 데 필요한 기계적 힘을 제공합니다. 이를 통해 내부 공극이 강제로 닫혀 이론적 밀도에 가까운 고체 블록이 생성됩니다.
열간 압축 중 실험실 프레스의 핵심 기능은 재료를 성형하는 것뿐만 아니라 미세 기공을 제거하는 것입니다. 가소화된 티타늄에 높은 압력을 가함으로써 프레스는 잔류 기공을 1.5% 미만으로 줄여 느슨한 분말과 구조 등급 금속 사이의 격차를 해소합니다.
열간 압축의 역학
내부 저항 극복
가소성 상태로 가열하더라도 티타늄 분말은 상당한 내부 마찰과 구조적 저항을 유지합니다.
실험실 프레스는 이 저항을 압도하기 위해 강력한 축 방향 압력을 가해야 합니다. 이 기계적 힘이 없으면 입자는 응집된 덩어리로 융합되기보다는 단순히 서로 인접하게 놓이게 됩니다.
미세 기공 닫기
분말 야금에서 재료 강도의 주요 적은 기공입니다.
높은 압력은 재료가 입자 사이의 미세한 틈으로 흘러 들어가 채우도록 강제합니다. 이 작용은 열팽창만으로는 제거할 수 없는 내부 기공을 닫는 데 필수적입니다.
이론적 밀도 달성
이 공정의 궁극적인 목표는 고체 주조 티타늄과 같은 성능을 발휘하는 재료를 만드는 것입니다.
이 높은 범위 내에서 압력을 유지함으로써 공정은 최종 압축물의 잔류 기공을 1.0%에서 1.5% 미만으로 줄입니다. 결과적으로 이론적 최대 밀도에 매우 가까운 티타늄 블록이 생성됩니다.
"가소성 상태"의 역할
열이 충분하지 않은 이유
분말을 가열하는 것만으로도 고체로 녹일 수 있다고 가정할 수 있지만, 이는 압력 보조 압축에서 잘못된 생각입니다.
티타늄 분말, 특히 사전 합금된 변형은 높은 경도와 변형 저항을 가지고 있습니다. 열은 재료를 부드럽게 하여 가단성(가소성)을 만들지만, 결합에 필요한 압축력을 제공하지는 않습니다.
기계적 힘의 필요성
실험실 프레스는 밀집을 위한 외부 구동 장치 역할을 합니다.
분말이 가소성 상태가 되면 프레스는 필요한 360-600 MPa를 가하여 이제 유연한 입자를 재배열하고 변형하도록 강제합니다. 열 연화와 기계적 압축의 조합은 밀집되고 통일된 구조를 달성하는 유일한 방법입니다.
절충안 이해
장비 기능 대 재료 요구 사항
이러한 압력을 달성하려면 견고하고 높은 톤수의 실험실 유압 프레스가 필요합니다.
표준 압축 기술은 단단한 분말 입자를 재배열하는 데 필요한 극심한 압력을 견딜 수 없기 때문에 티타늄을 밀집시키지 못하는 경우가 많습니다. 출력이 부족한 장비를 사용하면 상대 밀도가 낮고 구조적 무결성이 손상된 "녹색 압축물"이 생성됩니다.
정밀도의 비용
최대 600 MPa(냉간 상태 작업의 경우 잠재적으로 더 높음)의 압력을 생성하려면 정밀 금형과 중장비 유압 장치가 필요합니다.
이는 작업의 복잡성을 증가시키지만 필요한 절충안입니다. 필요한 압력 임계값에 도달하지 못하면 기공이 많은 부품이 생성되어 최종 티타늄 부품의 기계적 특성이 저하됩니다.
목표에 맞는 올바른 선택
티타늄 분말의 성공적인 압축을 보장하려면 장비 기능을 재료 요구 사항과 일치시키십시오.
- 구조적 무결성이 주요 초점인 경우: 잔류 기공이 1.0% 미만으로 유지되도록 압력 범위의 상단을 유지할 수 있는 프레스를 우선적으로 선택하십시오.
- 장비 선택이 주요 초점인 경우: 티타늄의 변형 저항을 극복하려면 표준 압축 한계를 훨씬 초과하는 힘이 필요하므로 유압 프레스가 고톤수 출력을 지원하는지 확인하십시오.
티타늄 압축의 성공은 열 가소성과 극심한 기계적 압력의 정밀한 균형에 있습니다.
요약표:
| 특징 | 요구 사항 | 티타늄에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 압력 범위 | 360 MPa ~ 600 MPa | 입자 간 유동 저항 극복 |
| 재료 상태 | 가소성/열 연화 | 변형 개선을 위한 가단성 증가 |
| 기공 목표 | 1.0% - 1.5% 미만 | 구조 등급 금속 성능 보장 |
| 밀도 목표 | 이론적 밀도에 가까움 | 고체 주조 티타늄의 특성 복제 |
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참고문헌
- Г. А. Прибытков, В. П. Кривопалов. Hot Consolidation of Titanium Powders. DOI: 10.3390/powders2020029
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