다양한 후처리 방법을 기반으로 적층 가공된 GR5 티타늄 합금의 피로 특성

열처리(HT), 열간 등압 성형(HIP), 레이저 표면 수정 등과 같은 다양한 후처리 방법이 적층 가공 부품의 성능을 향상시키는 데 종종 사용됩니다. 적층 제조된 합금의 피로 특성에 대한 다양한 후처리 방법의 효과를 최적화하고 연구하려는 일부 연구가 있었습니다. 그러나 적층 가공된 티타늄 합금의 피로 성능에 영향을 미치는 주요 요인이 무엇인지 명확하지 않아 적층 가공된 티타늄 합금의 피로 강도를 향상시키기 위한 최적의 후처리 방법은 아직 결정되지 않았다. 또한, 특히 Ti{3}}Al-4V 합금의 경우 HIP 처리 전 열처리를 적용하여 피로강도를 향상시키는 효과는 거의 탐색되지 않았습니다.

이 기사에서는 분말층 레이저 선택적 용융 방법으로 제조된 Ti-6Al-4V 합금의 초기 상태, 열처리 상태 및 열간 등압 성형 상태에서 인장 및 피로 특성을 연구하고 비교합니다. 이 분야의 연구 공백을 메우세요.

 

3D 프린팅으로 얻은 초기 상태 Ti-6Al-4V 합금은 항복 강도, 인장 강도 및 경도가 가장 높습니다. 열간 등방압 프레스 열처리 기계 가공 조건(HT+HIP+M)에서 Ti-6Al-4V 합금은 강도 면에서 더 강합니다. 낮지만 연성이 가장 높습니다. 이는 열처리 시 Lath의 조대화 및 '마르텐사이트 조직의 분해 및 상경계 전위 밀도의 감소에 기인한다. 특정 정적 강도 및 인장 연성 데이터는 표 1에 나와 있습니다.

 

표 1 적층 가공된 티타늄 합금의 다양한 후처리 방법으로 얻은 정적 강도 및 인장 특성 결과. AB는 초기상태를 나타내고, HT는 850도에서 2시간 동안 열처리한 후의 상태를 나타내며, HIP는 920도, 120MPa에서 2시간 동안 유지한 상태를 나타낸다.

 

그림 1 다양한 후처리 조건에서 적층 가공된 티타늄 합금의 미세 구조. (a) AB: 초기 상태 (b) HT: 2시간 동안 850도; (c) HIP: 920도, 2시간 동안 120MPa; (d) HT + HIP 상태. 그림의 오른쪽에 표시된 방향은 인쇄 시 소재의 적층 방향입니다.

 

그림 1은 다양한 후처리 상태에서 적층 가공된 티타늄 합금의 미세 구조를 보여줍니다. 이 사진은 전자현미경으로 촬영한 후방 산란 이미지입니다. 이 이미지에서는 흰색 대비가 있는 위상이 위상이고, 검정색과 회색 대비가 있는 위상이 위상입니다. 인쇄된 티타늄 합금의 고유한 미세 구조 특성은 원래의 상 결정립 경계 및 Widmanstatten 구조를 포함하여 그림에 표시되어 있습니다. 그림 2의 결과는 다양한 후처리 조건에서의 TEM 테스트 결과를 보여줍니다.

 

그림 2 다양한 후처리 상태와 초기 상태에서 적층 가공된 Ti-6Al-4V의 TEM 관찰 결과. (a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.

 

Hot Isostatic Pressing 전 열처리, 즉 HT+HIP 조건을 적용한 후 시편 표면을 연마하였다(HT+HIP+M). 이 조건에서 Ti{3}}Al-4V의 피로강도는 초기 조건에 비해 약 5배 향상되었으며, 열처리 단독으로 피로강도는 약 5배 증가한 것으로 나타났다. 원래 상태와 비교하면 3배입니다. 특정 SN 곡선은 그림 3에 나와 있습니다.

 

그림 3. 다양한 후처리 조건에서의 SN 곡선. 구체적인 후처리 방법은 그림의 오른쪽 상단에 있는 범례에 나와 있습니다. 그 중 M은 샘플 표면이 연마되었음을 의미하고, M이 없다는 것은 샘플 표면이 인쇄가 완료된 후의 상태임을 의미합니다.

 

열처리(HT) 및 열간 등압 성형(HIP)은 적층 가공된 Ti{0}}Al-4V 합금 내의 미세 구조 변화로 이어집니다. 열처리 후 준안정 침상' 마르텐사이트 조직은 + 라멜라 구조로 분해되며, 열처리 온도가 증가함에 따라 라멜라의 두께가 점차 증가한다. HT 처리는 AB 상태에 비해 피로 강도를 향상시킵니다. 이는 주로 + 라멜라 구조에서 -콜로니(비슷한 결정 방향을 가진 결정 그룹)의 방해와 3D 프린팅 공정에 의해 도입된 인장 잔류 응력으로 인해 발생합니다. 기분 전환. HIP 처리가 피로강도를 향상시키는 이유는 HT 상태에서 언급한 두 가지 점뿐만 아니라 재료 내부의 결함 제거도 촉진합니다. 구체적인 X선 μCT 테스트 결과는 아래 그림 4에 나와 있습니다.

 

그림 4 다양한 후처리 상태에서 내부 결함의 3차원 재구성 렌더링. (a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.

논문 인용 정보:

Bhandari L, Gaur V. 적층형 Ti-6Al-4V 합금[J]의 피로 특성을 개선하기 위한 다양한 후처리 방법. 국제 피로 저널, 2023: 107850.