Ti6Al4V 적층 제조에 800°C 열처리가 필요한 이유는 무엇인가요? 연성 확보 및 응력 완화

800°C 열처리의 필요성은 실험실 고온로를 사용하여 얻어지며, 이는 적층 제조 공정의 급격한 열 동역학과 직접적으로 관련됩니다.

3D 프린팅 중 Ti6Al4V는 극도로 빠른 속도로 냉각되어 금속이 비평형 알파 프라임 마르텐사이트라는 불안정하고 취성이 있는 상태로 고정됩니다. 800°C 처리는 이 불안정한 상을 안정적인 알파 및 베타 상으로 분해하는 데 필요한 열 에너지를 제공하여 잔류 응력을 제거하고 재료의 연성과 인성을 크게 향상시키는 데 필요합니다.

3D 프린팅에 내재된 급속 냉각은 Ti6Al4V를 취성이 있고 응력이 높은 구조로 고정시킵니다. 800°C 열처리는 미세 구조를 안정적인 형태로 변환하여 구조적 신뢰성에 필요한 연성을 제공하는 야금학적 "재설정" 역할을 합니다.

적층 제조의 미세 구조적 과제

급속 냉각의 결과

적층 제조는 금속 분말을 녹여 거의 즉시 응고시키는 과정을 포함합니다.

이러한 급속 냉각 속도는 티타늄 합금 원자가 자연스러운 평형 상태로 배열되는 것을 방해합니다.

알파 프라임 마르텐사이트 생성

표준 알파 및 베타 상을 형성하는 대신, 빠른 응고는 알파 프라임 마르텐사이트라는 바늘 모양의 구조를 생성합니다.

이 상은 단단하지만 화학적으로 불안정(비평형)하고 본질적으로 취성이 있어 "제작된 그대로" 부품이 하중 하에서 파손되기 쉽습니다.

상 변태 메커니즘

800°C에서의 분해 구동

재료를 800°C에서 2시간 동안 유지하면 원자 확산에 필요한 활성화 에너지가 제공됩니다.

이 열처리 과정은 불안정한 알파 프라임 마르텐사이트가 완전히 분해되도록 합니다.

안정성 달성

이 과정을 통해 미세 구조는 안정적인 알파 및 베타 상의 혼합물로 변환됩니다.

이 평형 구조는 티타늄 합금의 표준이며, "제작된 그대로" 구조로는 달성할 수 없는 예측 가능한 속성 균형을 제공합니다.

성능의 중요한 개선

잔류 응력 제거

층별 프린팅 공정은 잔류 응력으로 알려진 상당한 내부 장력을 발생시킵니다.

이러한 응력이 방치되면 부품이 뒤틀리거나 균열이 발생할 수 있습니다. 열처리는 재료를 이완시켜 이러한 내부 힘을 효과적으로 중화시킵니다.

연성 및 인성 향상

마르텐사이트를 알파-베타 상으로 변환하는 가장 중요한 결과는 연성의 회복입니다.

인쇄된 재료는 취성이 있고 유리처럼 깨지기 쉬운 반면, 열처리된 재료는 인성이 있어 에너지를 흡수하고 파손 없이 약간 변형될 수 있습니다.

절충점 이해

강도 대 연성의 균형

인성을 위해 열처리가 필요하지만, "제작된 그대로"의 마르텐사이트 구조가 열처리된 버전보다 종종 더 단단하고 인장 강도가 높다는 점에 유의해야 합니다.

그러나 이러한 강도는 극심한 취성을 대가로 합니다. 따라서 연성 증가를 위한 절충은 일반적으로 엔지니어링 응용 분야에서 필수적입니다.

공정 시간 고려 사항

800°C에서 2시간 동안 유지하는 공정을 구현하면 제조 워크플로에 시간과 에너지 비용이 추가됩니다.

이 단계는 생산 일정에 포함되어야 하며, 노 내부의 냉각 사이클은 2시간 유지 시간을 초과하여 총 처리 시간을 연장할 것입니다.

재료 신뢰성 보장

Ti6Al4V 부품이 의도한 대로 성능을 발휘하도록 하려면 특정 요구 사항에 따라 이 열처리 전략을 적용하십시오.

주요 초점이 구조적 무결성인 경우: 800°C 처리를 사용하여 예측할 수 없는 뒤틀림이나 균열을 유발할 수 있는 잔류 응력을 제거하십시오.
주요 초점이 충격 저항인 경우: 상 변태를 통해 취성이 있는 마르텐사이트를 충격을 견딜 수 있는 인성이 있는 알파-베타 상으로 변환하십시오.

이 열처리를 표준화함으로써 인쇄된 형상을 신뢰할 수 있는 엔지니어링 등급 부품으로 변환합니다.

요약표:

특징	제작된 그대로 (미처리)	800°C 열처리 후
미세 구조	불안정한 알파 프라임 마르텐사이트	안정적인 알파 + 베타 상
내부 응력	높은 잔류 응력 (뒤틀림 위험)	완화 및 중화됨
연성	취성; 낮은 신장률	높은 연성 및 인성
기계적 상태	비평형; 파손되기 쉬움	엔지니어링 등급 안정성

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시각적 가이드

참고문헌

COMPARISON OF POWDER-BED FUSION, DIRECTED-ENERGY DEPOSITION AND HYBRID ADDITIVE MANUFACTURING OF Ti6Al4V COMPONENTS: MICROSTRUCTURE, CORROSION AND MECHANICAL PROPERTIES. DOI: 10.17222/mit.2024.1423

이 문서는 다음의 기술 정보도 기반으로 합니다 Kintek Furnace 지식 베이스 .