기판 예열 장비는 Inconel 718의 취성 라베스상 형성을 억제하는 중요한 열 조절 장치 역할을 합니다. 형성 구역 내에서 고온 환경을 유지함으로써 장비는 용융 풀의 냉각 속도를 크게 줄입니다. 이러한 제어된 냉각은 니오븀(Nb)의 편석을 최소화하여 라베스상이 일반적으로 구조적 약점을 만드는 수지상 돌기 사이의 공간에 농축되는 것을 방지합니다.
Inconel 718은 레이저 분말 베드 융합(L-PBF)에 내재된 빠른 냉각으로 인해 취성 라베스상이 형성되기 쉽습니다. 기판 예열은 니오븀을 분산시키기 위해 재료의 열 이력을 최적화하여 라베스 함량을 줄이고 합금의 소성 및 인성을 직접적으로 향상시킵니다.
상 억제 메커니즘
냉각 속도 제어
예열 장비의 주요 기능은 빌드의 열 이력을 변경하는 것입니다.
표준 L-PBF 공정에서 용융 풀은 매우 빠르게 냉각됩니다. 기판을 예열하면 형성 구역의 기준 온도를 더 높게 유지하여 효과적으로 이 냉각 속도를 늦춥니다.
니오븀 편석 최소화
라베스상의 형성은 니오븀(Nb)의 거동과 직접적으로 관련이 있습니다.
빠른 냉각 조건에서 Nb는 수지상 간 공간(결정 구조 사이의 간격) 내에서 편석되거나 뭉치는 경향이 있습니다. 예열은 확산을 위한 더 많은 시간을 허용하여 Nb를 매트릭스 전체에 더 균일하게 분포시킨 상태로 유지함으로써 이러한 응집을 방지합니다.
재료 인성 향상
라베스상의 존재는 최종 부품에 취성을 유발하기 때문에 해롭습니다.
Nb 응집을 방지함으로써 예열은 제작 직후 및 열처리 후 재료 모두에서 라베스상의 전체 함량을 줄입니다. 이러한 미세 구조 개선은 Inconel 718 합금의 소성 및 인성을 직접적으로 증가시킵니다.
더 넓은 열적 영향 및 위험
열 구배 관리
라베스상에 대한 주요 목표는 화학적 분포이지만, 예열은 물리적 응력도 다룹니다.
예열이 없으면 용융 풀과 더 차가운 기판 사이의 날카로운 온도 차이는 가파른 온도 구배를 만듭니다. 이 구배는 잔류 응력 축적을 유발하여 부품 변형 또는 균열을 초래할 수 있습니다.
불충분한 가열의 위험
예열 온도를 너무 낮게 설정하거나(또는 완전히 생략) 합금을 열 충격에 취약하게 만듭니다.
유사 공정에 대한 보조 데이터에서 언급했듯이 약 200°C의 온도를 유지하면 열팽창 및 수축으로 인한 균열 경향을 완화하는 데 도움이 됩니다. 특정 재료의 경우 이는 성형 공정의 안정성을 보장하고 용융 풀의 젖음성을 향상시킵니다.
L-PBF 공정 전략 최적화
Inconel 718에서 최상의 기계적 특성을 얻으려면 예열을 단순한 공정 보조 도구가 아닌 야금 도구로 간주해야 합니다.
- 파괴 인성이 주요 초점인 경우: 라베스상을 최소화하기 위해 예열을 우선시하십시오. 이는 취성을 직접적으로 줄이고 재료의 소성을 향상시킵니다.
- 기하학적 정확도가 주요 초점인 경우: 예열을 사용하여 열 구배를 낮추어 잔류 응력을 줄이고 빌드 중 뒤틀림 또는 균열을 방지합니다.
효과적인 예열은 Inconel 718의 미세 구조를 취성, 편석된 상태에서 강인하고 균일한 합금으로 변환합니다.
요약표:
| 공정 매개변수 | 미세 구조에 미치는 영향 | 기계적 결과 |
|---|---|---|
| 예열 없음 | 빠른 냉각, 높은 Nb 편석, 라베스상 형성 | 취성 부품, 높은 잔류 응력, 균열 위험 |
| 예열 사용 | 제어된 냉각, 균일한 Nb 분포, 상 억제 | 소성, 인성 및 기하학적 안정성 향상 |
| 열 구배 | 풀과 기판 간의 온도 델타 감소 | 부품 변형 및 뒤틀림 최소화 |
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시각적 가이드
참고문헌
- Koji Kakehi, Shohei Ishisako. Effects of base plate temperature on microstructure evolution and high-temperature mechanical properties of IN718 processed by laser powder bed fusion using simulation and experiment. DOI: 10.1007/s00170-024-13028-6
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