진공 어닐링로는 열처리 필요성과 재료의 화학적 반응성이라는 중요한 충돌을 해결하기 때문에 티타늄 부품의 후처리에서 유일하게 실행 가능한 해결책입니다. 레이저 분말 베드 융합(LPBF)으로 인해 발생하는 막대한 내부 응력을 방출하기 위해 열이 엄격하게 필요하지만, 이 온도에서 티타늄을 공기에 노출시키면 재료가 즉시 손상됩니다.
진공 어닐링로의 핵심 기능은 산소가 없는 열 환경을 만드는 것입니다. 이를 통해 산화나 질소 흡수를 유발하지 않고 재료를 충분히 가열하여 잔류 응력을 방출할 수 있으며, 이는 티타늄을 부서지기 쉽고 구조적으로 불안정하게 만듭니다.
LPBF 티타늄의 이중 과제
급속 응고의 부담
레이저 분말 베드 융합은 금속 분말을 레이저로 녹여 거의 즉시 응고시키는 방식으로 부품을 만듭니다. 이 급속 냉각 주기는 재료의 원자 구조에 상당한 잔류 응력을 고정시킵니다.
열 방출의 필요성
이러한 내부 응력이 완화되지 않으면 부품이 뒤틀리거나 균열이 생기거나 하중 하에서 조기에 파손될 수 있습니다. 재료 구조를 이완하고 이 장력을 방출하려면 부품을 일반적으로 약 550°C의 상당한 온도로 가열해야 합니다.
티타늄의 고온 반응성
여기 문제가 있습니다. 티타늄 합금은 매우 반응성이 높습니다. 응력 완화에 필요한 온도에서 티타늄은 대기 중에 존재하는 산소와 질소를 스펀지처럼 흡수합니다.
산화의 결과
일반 공기 어닐링로에서 티타늄을 어닐링하면 이러한 가스를 흡수하게 됩니다. 이는 금속이 연성과 인성을 잃어 치명적인 파손에 취약해지는 현상인 취성으로 이어집니다.
진공 환경이 문제를 해결하는 방법
화학적 오염 제거
진공 어닐링로는 가열 챔버에서 대기를 제거합니다. 진공 상태에서 샘플을 처리하면 산화물 형성과 티타늄 격자로의 질소 확산을 방지할 수 있습니다.
효과적인 응력 완화
산화 위험이 제거되면 로는 샘플을 550°C에서 한 시간 동안 안전하게 유지할 수 있습니다. 이 열 사이클은 인쇄 공정에서 축적된 잔류 응력을 효과적으로 방출합니다.
고유 특성 드러내기
잔류 응력을 제거하는 것은 정확한 검증에 매우 중요합니다. 이를 통해 후속 기계적 테스트가 제조 과정에서 남은 내부 장력으로 인해 왜곡된 데이터를 반영하는 것이 아니라 재료의 고유 특성을 드러낼 수 있습니다.
절충안 및 미묘한 차이 이해
온도에 따른 결과
550°C는 응력 완화에 충분하지만, 미세 구조를 변경하기 위해 더 높은 온도(예: 1,050°C)가 사용되기도 합니다. 이러한 더 높은 수준에서 진공은 취성이 있는 마르텐사이트 구조를 더 강인한 알파+베타 상으로 변환하는 데 도움이 되며, 이는 종종 의료용 임플란트에 필요합니다.
진공 누출의 위험
진공에 대한 의존성은 복잡성을 더합니다. 가열 주기 동안 약간의 누출이나 불충분한 진공 수준만으로도 전체 배치 부품이 손상될 수 있습니다. 이 공정은 완전히 불활성 환경을 보장하기 위해 엄격한 장비 유지 관리가 필요합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
상업용 순수 티타늄 샘플이 올바르게 처리되도록 하려면 로 매개변수를 특정 엔지니어링 요구 사항에 맞추십시오.
- 주요 초점이 응력 완화인 경우: 기본적인 미세 구조를 변경하지 않고 잔류 응력을 중화하기 위해 한 시간 동안 550°C의 표준 사이클을 목표로 하십시오.
- 주요 초점이 미세 구조 최적화인 경우: 진공 장비가 극한 조건에서 무결성을 유지할 수 있다면, 향상된 인성을 위해 상 변환을 촉진하기 위해 더 높은 온도 사이클(최대 1,050°C)을 고려하십시오.
열처리를 진공으로 분리함으로써 화학적으로 불안정한 인쇄 부품을 안정적이고 신뢰할 수 있는 엔지니어링 부품으로 전환합니다.
요약표:
| 요소 | 공기 어닐링 | 진공 어닐링 |
|---|---|---|
| 화학 반응 | 높은 산화 및 질소 흡수 | 불활성 / 산소 없는 환경 |
| 재료 무결성 | 취약하고 약해짐 | 연성과 인성 유지 |
| 응력 완화 | 효과 없음 (부품 손상) | 550°C 이상에서 효과적인 방출 |
| 미세 구조 | 오염된 알파-케이스 층 | 제어된 상 변환 |
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참고문헌
- Yuji Shigeta, Yukiko Ozaki. Use of X-ray CT Imaging to Quantitatively Analyze the Effects of the Pore Morphology on the Tensile Properties of CP-Ti L-PBF Materials. DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2023-431
이 문서는 다음의 기술 정보도 기반으로 합니다 Kintek Furnace 지식 베이스 .
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