고온 열처리로 후처리는 선택적 레이저 용융(SLM) 공정 중에 생성된 구조적 불안정성을 교정하기 위해 엄격하게 필요합니다. SLM은 빠른 용융 및 응고를 포함하므로 결과 부품에는 잔류 응력이 높고 미세 구조가 고르지 않아 정밀한 가열 및 냉각 주기를 통해 정상화해야 합니다.
SLM 공정은 내부 응력과 유해한 야금 상을 고정하는 "빠른 응고" 상태를 생성합니다. 고온 열처리는 재료 구조를 재설정하여 이러한 결함을 용해하고 강화 상을 침전시켜 전통적인 주조 부품을 능가하는 성능을 달성합니다.
빠른 응고의 결과
잔류 응력 축적
SLM 공정은 고에너지 레이저를 사용하여 부품을 층별로 제작합니다. 이로 인해 금속이 거의 즉시 용융되고 응고됩니다. 이러한 극한의 열 순환은 부품 내부에 상당한 잔류 응력을 발생시키며, 이를 완화하지 않으면 왜곡이나 파손으로 이어질 수 있습니다.
미세 구조 불균일성
응고 속도로 인해 합금 내의 원소가 균일하게 혼합되지 않습니다. 이로 인해 미세 구조 불균일성이 발생하며, 이는 화학 조성 및 결정 구조가 부품 전체에 걸쳐 불균일하게 변한다는 것을 의미합니다.
재료 개선 메커니즘
유해 상 용해
"제작된 그대로" 상태에서 니켈 기반 합금에는 종종 라베스 상과 같은 유해한 형상이 포함됩니다. 열처리로는 이러한 취약한 상을 매트릭스로 다시 용해하는 데 필요한 열 에너지를 제공합니다.
강화 상 촉진
유해한 상이 용해되면 특정 시효 공정이 시작됩니다. 정밀한 유지 시간은 강화 상의 침전을 허용합니다. 이러한 야금학적 변화는 합금의 우수한 기계적 특성을 담당합니다.
확산을 통한 균질화
고온은 원소 확산을 촉진합니다. 원자는 고체 금속 내에서 이동하여 화학적 변동을 균일하게 만들어 안정적이고 균일한 (균질화된) 구조를 생성합니다.
운영 고려 사항 및 절충점
환경 제어의 필요성
이 처리를 개방된 대기 중에서 수행할 수 없습니다. 이러한 고온에서의 산화를 방지하기 위해 로는 제어된 환경 또는 흐르는 보호 가스를 사용해야 합니다.
냉각 주기의 정밀도
열처리의 이점은 부품이 냉각되는 방식에 크게 좌우됩니다. 로 냉각 또는 공기 냉각을 사용하든, 원하는 재료 특성을 유지하면서 응력을 다시 도입하지 않도록 냉각 속도를 엄격하게 제어해야 합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
SLM 니켈 기반 합금 부품의 성능을 극대화하려면 특정 기계적 요구 사항에 맞게 열처리 전략을 조정하십시오.
- 주요 초점이 내구성인 경우: 잔류 응력을 완전히 제거하고 조기 파손을 방지하기 위해 충분한 균질화 기간을 포함하도록 주기를 보장하십시오.
- 주요 초점이 기계적 강도인 경우: 주조 부품의 경도를 초과하도록 강화 상의 침전을 극대화하는 정밀한 시효 주기를 우선시하십시오.
후처리 열처리를 마스터하는 것은 선택 사항이 아닙니다. 인쇄된 모양과 기능적이고 고성능인 구성 요소 사이의 다리입니다.
요약표:
| 후처리 과제 | 열처리 솔루션 | 결과 재료 이점 |
|---|---|---|
| 잔류 응력 | 열 응력 완화 | 부품 왜곡 및 균열 방지 |
| 유해한 라베스 상 | 용해 처리 | 취약한 상을 매트릭스로 용해 |
| 미세 구조 불균일성 | 원소 확산 | 안정적이고 균일한 화학 구조 생성 |
| 낮은 기계적 강도 | 제어된 침전 (시효) | 우수한 경도를 위한 강화 상 촉진 |
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참고문헌
- Alexey Mazalov, Nikita Schulz. Researching the Properties of Samples Fabricated Using Selective Laser Melting from A High-Temperature Nickel-Based Alloy. DOI: 10.3390/app11041419
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