고온 균질화 및 용체화 시효 처리는 SLM으로 제작된 Inconel 718의 미세 구조를 근본적으로 변화시켜 유해한 부산물을 강화 메커니즘으로 전환합니다. 약 1080°C의 온도로 재료를 처리하면 취약한 라베스 상이 용해되고 니오븀이 재분배되어 균일한 구조와 함께 강도 및 미세 경도가 크게 향상됩니다.
이 열처리 공정의 핵심 목표는 프린팅 공정 고유의 원소 분리를 역전시키는 것입니다. 라베스 상을 용해하여 니오븀을 방출하고, 이 니오븀은 γ'(감마 프라임) 및 γ''(감마 더블 프라임) 상을 석출시키는 데 사용됩니다. 이 두 상이 합금의 기계적 성능을 주로 담당합니다.
프린팅된 상태의 미세 구조 문제
니오븀 분리
SLM으로 제작된 Inconel 718은 "프린팅된 상태"에서 종종 원소 분포가 불균일합니다.
특히 니오븀은 매트릭스에 고르게 용해되지 않고 분리되는 경향이 있습니다. 이러한 분리는 후속 미세 구조 문제의 근본 원인입니다.
라베스 상 형성
니오븀의 분리는 라베스 상 형성을 유발합니다.
이 상은 이 맥락에서 일반적으로 바람직하지 않은데, 이는 다른 곳에서 필요한 니오븀을 소모하기 때문입니다. 니오븀이 라베스 상에 고정되면 고성능 응용 분야에 필요한 강화 석출물을 형성하는 데 사용할 수 없습니다.
균질화 처리 메커니즘
라베스 상 용해
고온 균질화 처리는 이러한 문제를 직접적으로 해결합니다.
특수 용광로에서 부품을 1080°C와 같은 온도로 가열함으로써 라베스 상을 효과적으로 용해합니다. 이는 프린팅 공정의 급속 냉각 중에 형성된 취약한 구조를 분해합니다.
니오븀 방출
라베스 상이 용해되면 포함된 니오븀이 매트릭스로 다시 방출됩니다.
이 재분배는 처리의 중요한 전환점입니다. 자유 니오븀은 이제 합금의 실제 강화 상인 γ'(감마 프라임) 및 γ''(감마 더블 프라임)의 석출을 촉진하는 데 사용할 수 있습니다.
결과적인 재료 특성
균일성 달성
이 처리는 프린팅된 상태의 격자에서 발견되는 국소적 불일치를 제거합니다.
결과는 매우 균일한 미세 구조입니다. 이러한 일관성은 부품이 응력 하에서 어떻게 작동할지 예측하는 데 중요합니다.
강도 및 경도 향상
γ' 및 γ'' 상의 석출은 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
이 처리 후 격자 구조는 강도가 크게 향상됩니다. 또한 재료의 미세 경도는 처리되지 않은 상태에 비해 상당히 증가합니다.
절충점 이해
특수 공정의 필요성
이러한 개선은 자동적으로 이루어지지 않으며 정밀한 열 관리가 필요합니다.
이 공정은 1080°C를 유지할 수 있는 특수 용광로를 필요로 합니다. 표준 어닐링 또는 저온 응력 완화 사이클로는 라베스 상을 동일하게 용해할 수 없습니다.
상 형성 균형
이 공정은 다른 상을 촉진하기 위해 한 상을 용해하는 절충점입니다.
본질적으로 γ' 및 γ'' 상을 얻기 위해 라베스 상을 희생시키는 것입니다. 균질화 온도에 도달하지 못하면 취약한 특성을 유지하고 최대 강도가 부족한 구조가 됩니다.
목표에 맞는 올바른 선택
SLM으로 제작된 Inconel 718의 성능을 극대화하려면 특정 기계적 요구 사항을 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 인장 강도인 경우: 고온 균질화 처리를 사용하여 γ' 및 γ'' 강화 상의 완전한 석출을 보장하십시오.
- 주요 초점이 피로 저항 및 내구성인 경우: 이 처리를 적용하여 균열 시작점으로 자주 작용하는 취약한 라베스 상을 제거하십시오.
효과적인 열처리 공정은 프린팅 공정의 고유한 결함을 최종 부품의 구조적 강점으로 전환합니다.
요약 표:
| 공정 단계 | 온도 / 메커니즘 | 미세 구조 영향 | 주요 기계적 결과 |
|---|---|---|---|
| 프린팅된 상태 | 상온 / 급속 냉각 | 니오븀 분리 및 라베스 상 형성 | 취약하고 불균일한 구조 |
| 균질화 | ~1080°C | 라베스 상 용해 및 니오븀 재분배 | 균열 시작점 제거 |
| 용체화 시효 | 목표 열 사이클 | γ' 및 γ'' 강화 상 석출 | 경도 및 강도 상당한 증가 |
| 최종 상태 | 균일한 매트릭스 | 균일한 원소 분포 | 최대 인장 및 피로 성능 |
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참고문헌
- Sebastian Marian Zaharia, Mihai Alin Pop. Mechanical Properties and Microstructure of Inconel 718 Lattice Structures Produced by Selective Laser Melting Process. DOI: 10.3390/ma17030622
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