금속 3D 프린팅 후처리에서 HIP 처리의 장점은 무엇인가요?{0}}

1. 내부 결함 제거: "다공성"에서 "결함 제로"로 이동
급속 냉각에 의해 생성된 비{0}}비평형 응고는 금속 3D 프린팅 중에 작은 구멍을 생성할 수 있습니다. 반면, 지지 구조를 분해하거나 분말을 완전히 녹이지 않으면 거시적 수축이 발생할 수 있습니다. 이러한 결함으로 인해 균열이 발생하여 부품의 피로 수명이 크게 단축될 수 있습니다. HIP 기술은 다음 방법을 사용하여 결함을 수정합니다.
기공을 닫고 금속을 결합
금속 재료를 고온(일반적으로 재료 녹는점의 0.5~0.8배)으로 가열하고 높은 압력(100~200MPa)을 가하면 매우 유연해집니다. 가스 압력으로 인해 기공 주변의 금속이 모양이 바뀌고 서로 접촉하여 야금학적 결합이 형성됩니다. 이는 모공 볼륨이 사라질 때까지 감소하게 만듭니다. 예를 들어, HIP 처리 후 SLM 기술을 사용하여 제조된 IN718 고온 합금의 다공성은 0.8%에서 0.02%로 증가하여 밀도가 99.99%가 되었습니다. 이는 항공우주 산업에서 재료의 신뢰성을 보장하는 데 필요한 것입니다.
미세균열 치유
금속 3D 프린팅의 열 응력으로 인해 미세 균열이 발생할 수 있습니다. HIP 처리의 고온-어닐링 작용으로 잔류 응력이 제거되고, 고압의-압력 환경으로 인해 파단 선단이 소성적으로 구부러져 균열이 닫히고 안정적인 입계 구조가 형성됩니다. 실험 데이터에 따르면 HIP 처리는 316L 스테인레스 강의 균열 밀도를 90% 감소시키고 파괴 인성을 30% 향상시킬 수 있습니다.
입자를 미세화하고 미세구조를 보다 균일하게 만드는 것
HIP의-온도 공정은 어닐링 처리와 동일하며, 이는 SLM이 빠르게 냉각될 때 형성되는 과냉각 구조 또는 준안정 상을 제거할 수 있습니다. 예를 들어, HIP 처리 후 Ti6Al4V 합금의 거친 주상 결정은 미세한 등축 결정으로 변하고 입자 크기는 50μm에서 10μm로 변합니다. 이로 인해 재료가 훨씬 더 유연해지고 피로에 강해집니다.
2. 기계적 성능 향상: 강도와 인성 사이의 올바른 균형 찾기
HIP 처리는 금속 3D 프린팅 부품의 기계적 특성에 두 가지 영향을 미칩니다.
강도와 가소성은 더 잘 어울립니다.
HIP 처리 후 재료의 강도는 약간(일반적으로 5~15%) 감소할 수 있지만 신율과 같은 가소성 지표는 많이 올라갑니다. 예를 들어, HIP 처리 후 SLM 공법으로 생산된 AlSi10Mg 알루미늄 합금의 인장강도는 420MPa에서 380MPa로 감소한 반면, 연신율은 8%에서 15%로 증가해 자동차 경량 구조부품에 적합하다.
피로 저항 성능이 크게 향상되었습니다.
피로 균열 성장의 주요 원인은 내부 결함입니다. HIP 처리를 통해 기공과 미세균열을 제거함으로써 부품의 피로수명을 대폭 향상시킵니다. 예를 들어, 650도 및 690MPa에서 HIP로 처리된 IN718 합금의 고온 피로 수명은 처리하지 않은 상태에서 50시간에서 173시간으로 늘어났습니다. 이는 필수 부품에 대한 GE 항공기 엔진의 수명 요구 사항을 충족합니다.
이방성 제거
금속 3D 프린팅의 층간 결합 품질로 인해 기계적 특성이 방향에 따라 달라질 수 있습니다. 360도 균일한 압력을 사용하는 HIP로 처리하면 소재가 모든 방향에서 동일한 방식으로 작동합니다. 예를 들어, HIP로 처리된 질화규소 세라믹 볼 사이의 방사형 및 축방향 마찰 계수의 차이는 5% 미만으로 표준 소결 방법보다 훨씬 우수합니다.
3. 적용 범위 확대: "사용 가능"에서 "신뢰 가능"으로 이동
HIP 처리는 수요가 많은 분야에서 금속 3D 프린팅 기술을 광범위하게 사용하는 기술적 측면에 도움이 됩니다.
항공우주 부문
터빈 블레이드, 연소실 및 항공기 엔진의 기타 부품은 고온, 고압, 높은 응력이 있는 상황에서도 작동할 수 있어야 합니다. HIP 처리는 SLM 공정이 너무 빨리 냉각될 때 발생하는 열 응력 균열을 제거할 수 있으며, 고온 크리프에서 재료를 더 좋게 만들 수도 있습니다-. 예를 들어 Rolls Royce는 작동 온도를 섭씨 1200도에서 1400도까지 높이고 추력-대-중량 비율을 20% 높이는 HIP{3}}처리 니켈-기반 고온{5}}합금 터빈 디스크를 사용합니다.
의료용 임플란트 분야
정형외과용 임플란트는 신체에 튼튼하고 안전해야 합니다. HIP 처리는 Ti6Al4V 합금의 알파상 분리를 제거하고 금속 이온이 누출될 가능성을 낮추며 응력 하에서 재료의 수명을 연장할 수 있습니다. 임상 증거에 따르면 HIP를 적용한 고관절 임플란트의 실패율은 10년 후 3%에서 0.5%로 감소했습니다.
에너지 및 해운 산업
원자로 압력 용기 및 심해 센서 인클로저와 같은 부품은 매우 가혹한 조건을 처리할 수 있어야 합니다.{0}} HIP-처리된 지르코니아 세라믹은 심해에서 110MPa의 고압을 견딜 수 있으며, 탄화규소-코팅된 연료 요소는 1200도의 고온에서도 안정적으로 유지됩니다. 이들 물질은 4세대 원자력 기술에 매우 중요하다.