중국 과학자, 피로에 강한 3D 프린팅 티타늄 합금 개발

중국과학원은 최근 중국과학원 금속연구소 장저펑(Zhang Zhefeng) 팀이 피로 저항성이 높은 3D 프린팅 티타늄 합금 재료를 준비했다는 소식을 전했습니다. 연구 결과는 2월 29일 "Nature" 저널(Nature)에 게재되었습니다. ).
적층 제조라고도 알려진 3D 프린팅은 고도로 통합되고 다기능이며 경량이며 통합된 고급 장비 및 구성 요소의 요구 사항을 크게 충족할 수 있는 고유한 자유형 능력으로 인해 분야에서 파괴적인 기술로 간주됩니다. 제조, 항공우주 및 기타 분야에서 큰 관심과 초기 적용을 얻을 수 있습니다. 그러나 기존 제조 기술과 비교할 때 반복 하중을 받는 3D 프린팅 재료의 피로 성능은 일반적으로 낮기 때문에 구조적 하중 지지 부품으로 폭넓게 적용하는 데 심각하게 제한됩니다.
처음으로 연구자들은 이상적으로는 3D 프린팅 기술로 직접 제조된 티타늄 합금 조직 자체(Net-AM 조직이라고 함)가 자연적으로 매우 높은 피로 특성을 가져야 하는 반면, 프린팅 과정에서 생성된 다공성과 같은 결함은 자체 조직의 피로 저항성 이점으로 인해 실제 측정된 3D 프린팅 재료의 피로 특성이 크게 감소합니다. 그러나 현재의 다공성 제거 과정은 조직 조대화를 동반하는 경우가 많은 반면, 정제된 조직의 처리는 다공성의 재발을 가져올 수 있으며 심지어 결정립계에서 α상 농축과 같은 새로운 불리한 요인을 유발할 수 있습니다. 딜레마.
연구원들은 Ti-6Al-4V 합금에서 처음으로 고온에서 3D 프린팅 상태 조직의 결정립계 이동과 다공성 성장이 상전이 과정과 비동기적 특성을 보인다는 사실을 발견했습니다. 이는 슬레이트 조직 개선과 결정립계 상 농축 및 다공성 재발의 효과적인 억제를 위한 귀중한 열처리 공정 창이 존재함을 의미합니다. 이를 위해 연구원들은 이 프로세스 창을 영리하게 활용하고 단계적 결함 및 조직 변조의 새로운 프로세스를 발명했으며 마침내 다공성이 거의 없는 Net-AM 조직의 Ti-6Al-4V를 준비했습니다. 합금. 인장-인장 피로 강도는 초기 상태의 475MPa에서 978MPa로 106% 증가했습니다.
이에 비해 이 Net-AM 조직의 Ti-6Al-4V 합금은 모든 티타늄 합금 재료 중에서 가장 높은 인장-인장 피로 강도를 가질 뿐만 아니라 지금까지 보고된 재료의 피로 데이터 중 피로강도(피로강도를 밀도로 나눈 값)이다.
이 성과는 3D 프린팅 재료의 낮은 피로 성능에 대한 사람들의 이전 고유한 이해를 업데이트하고, 내피로성 제조에서 3D 프린팅 기술의 고유한 장점을 드러내며, 항공우주 및 산업 분야의 구조적 하중 지지 부품으로서 3D 프린팅 재료의 광범위한 응용 가능성을 보여줍니다. 다른 중요한 분야.