열처리가 금속 3D 프린팅 부품의 강도를 향상시킬 수 있습니까?

1. 열처리 기술의 원리: 미세구조를 거시적 특성으로 변화시키는 것
가열, 절연, 냉각 등의 작업을 통해 열처리는 금속 재료의 결정 구조, 상 조성 및 결함 분포를 수정하여 기계적 특성을 향상시킵니다. 금속 3D 프린팅 물체의 열처리에서 가장 중요한 점은 다음과 같습니다.
잔류응력 완화
3D 프린팅 중에 재료는 녹고 응고되는 빠른 주기를 거치며, 이로 인해 구성 요소 내부에 잔류 응력이 남게 됩니다. 이러한 응력으로 인해 부품이 구부러지거나 파손되거나 피로로 인해 파손될 수 있습니다. 어닐링 요법은 부품을 재결정화할 수 있는 온도 이상으로 가열한 다음 천천히 냉각시키는 것입니다. 이렇게 하면 입자가 회복되고 재결정화되어 부품 내부의 응력이 방출됩니다. 예를 들어, Zhuzhou의 한 철도 운송 회사는 진공 어닐링을 사용하여 SLM-인쇄 티타늄 합금 변속기 부품을 준비했습니다. 이로써 잔류 응력이 원래 값의 30%로 줄어들고 부품 크기가 훨씬 더 안정적이게 되었습니다.
곡물 정제 및 혼합
3D 프린팅된 조각이 너무 빨리 냉각되면 입자가 거칠고 방향이 고르지 않아 재료가 약해질 수 있습니다. 냉각 속도를 조정함으로써 정규화 처리를 하면 입자 크기를 이전보다 50%~70% 더 작게 만들 수 있으며 성분 편석도 방지할 수 있습니다. 예를 들어, 항공우주 산업에서는 인코넬 718 고온 합금 부품의 입자 구조를 개선하기 위해 정규화 처리가 종종 사용되며, 이는 항복 강도를 15% ~ 20% 증가시킵니다.
강화 단계 중 강수량
온도와 시간을 조작함으로써 노화 처리는 용질 원자가 함께 모여 분산된 강화 단계(상 및 '상')를 생성하도록 장려하여 재료를 훨씬 더 단단하게 만듭니다. 호주 Monash University 팀은 SLM으로 프린팅한 Beta{1}}C 티타늄 합금을 480도에서 노화시켰습니다. 최종 인장 강도는 1611 MPa로 3D 프린팅 금속의 비강도에 대한 새로운 기록입니다. 강화 메커니즘은 고밀도-나노 쌍정 석출물을 생성하는 것입니다.
기계적 성능을 완벽하게 제어
담금질 및 템퍼링(고온 템퍼링으로 담금질) 공정에서는 마텐자이트 변태와 템퍼링 연화를 사용하여 부품의 고강도와 우수한 인성 사이의 균형을 찾습니다. 담금질 및 템퍼링 후 SLM이 생산하는 17-4PH 스테인리스강은 인장강도 1035MPa, 항복강도 860MPa, 연신율 약 10%를 갖습니다. 이는 많은 무게를 지탱해야 하는 구조 부품에 대해 충분히 강력합니다.
2. 산업 현장: 중요한 분야에서 열처리의 새로운 용도
항공우주 분야
항공기 엔진 블레이드, 연소실 및 기타 부품은 매우 높은 온도, 압력 및 응력을 처리할 수 있어야 합니다. 이는 그것을 만드는 데 사용되는 재료가 매우 강해야 함을 의미합니다. GE 항공은 SLM 기술을 사용하여 인코넬 718 연료 노즐을 인쇄합니다. 그런 다음 HIP(열간 등압 성형) 및 용액 노화 처리를 사용하여 내부 기공(밀도 99.9% 이상)을 제거하여 부품을 650도에서 40% 더 강하게 만듭니다. 이는 많은 LEAP 엔진을 만드는 데 효과적이었습니다.
의료기기 분야
정형외과용 임플란트는 튼튼하고 신체에 안전한 것이 중요합니다. Johnson & Johnson Medical은 SLM을 사용하여 Ti6Al4V 고관절을 만든 후 진공 어닐링을 사용하여 표면 잔류 응력을 제거했습니다. 표면을 Ra0.8μm까지 매끄럽게 만들기 위해 화학적 연마도 사용되었으며, 이는 임플란트의 피로 수명을 3배로 늘리고 장기적인-임상적 요구를 충족했습니다.
철도교통분야
SLM은 Zhuzhou의 한 회사에서 티타늄 합금 변속기용 부품을 인쇄하는 데 사용됩니다. 부품의 인장 강도는 850MPa, 경도는 HRC35, 내부 밀도는 99.8%, 치수 정확도는 ± 0.03mm이며 부품의 수명은 기존 주조 부품보다 50% 더 깁니다. 이는 레이저 매개변수(전력 300W, 스캔 속도 1200mm/s)를 최적화하고 부품을 진공 어닐링 처리했기 때문입니다.