이번 3D 과학곡은 Scalmalloy 의 균열 확장 곡선이 자동차 공업과 해양선박에 널리 사용되는 알루미늄 합금 AA5754 와 AAA6061-T6 의 균열 확장 곡선과 비슷하다는 것을 보여준다.
3D 사이언스 밸리
고강도 알루미늄 합금 개발
오신화원사에 따르면 고강도 3D 인쇄 알루미늄 합금은 항공우주제조 분야에서 특히 중요하다. 주요 목표는 우주선의 무게를 줄이고 납품 주기를 단축하여 종합 생산 비용을 절감하고 종합효과를 높이는 것이다. 고강도 3D 인쇄 알루미늄 합금은 우주선 부품의 무게를 20 ~ 90% 줄이고 처리 주기를 3- 12 개월 단축시킵니다. 일반적인 응용 프로그램에는 위성 무선 주파수 어레이 안테나 브래킷, 커플링 충격 흡수 장치, 우주 정거장의 다양한 스탠드 어셈블리 (예: 레일 브래킷, 측정 제어 안테나 브래킷 등) 가 포함됩니다.
용접 공정 또는 선택적 레이저 용융 공정에 관계없이 열 균열의 원인은 비슷합니다. 두 경우 모두 프로세스 매개변수는 열 응력을 발생시키고 열 응력은 균열을 일으키는 핵심 요소입니다. 그러나 프로세스 매개변수를 제어하여 열 응력을 제어하기는 어렵습니다. 열 응력을 크게 낮추려면 온도 그라데이션을 크게 줄여야 하지만 선택적 레이저 용융 공정에서는 프로세스 매개변수나 환경을 변경하여 이 목표를 달성할 수 없습니다. 열처리 과정에서 강화상을 생성하는 데 사용되는 합금 원소는 일반적으로 응고 온도 범위를 증가시키는데, 이는 이전 연구에서도 매우 불리하다.
최근 몇 년 동안 재료과학의 연구는 LPBF 공예의 독특한 조건에 적합한 신형 고성능 합금 개발에 초점을 맞추고 있다. 합금 설계 개념은 일반적으로 높은 냉각 속도 (105- 106 K/s) 와 매우 높은 온도 구배 (G ~ 106 K/m) 를 기준으로 합금의 견고성을 높입니다 그러나 3D 인쇄 중에 고온의 그라데이션으로 인해 기둥 모양의 결정 구조가 구조 방향으로 늘어나 열 균열의 발생을 촉진하는 경우가 많습니다.
균열을 제어하다
현재 알려진 Scalmalloy 에는 AA7075-T735 1 (전통 비행기에 널리 사용되는 알루미늄 합금) 과 유사한 역학 성능 및 균열 확장 곡선이 있습니다. 이 글에서 3D 사이언스 밸리는 선박, 자동차 차체 및 화학 공장 관련 인프라에 널리 사용되는 알루미늄 합금 AA5754 및 경비행기, 자전거 선반 및 모터에 널리 사용되는 AA606 1-T6 과 균열 확장 동작을 비교합니다.
3 가지 합금의 기계적 성질 비교는 표 1 에 나와 있습니다.
표 1. Scalmalloy 와 널리 사용되는 두 알루미늄 합금의 항복 응력, 극한 강도 및 파괴 변형의 비교 AA5754 의 σy 및 σult 값은 템퍼링 절차에 따라 달라집니다.
열처리 후 분말층 선택적 레이저 용융 금속을 기반으로 하는 LPBF, Scalmalloy 는 AA5754 및 AA606 1-T6 보다 역학 성능이 우수합니다. 그러나 AA5754 및 AA606 1-T6 과 비교하여 Scalmalloy 와 관련된 da/dN 및 δ K 곡선의 균열 성장 성능은 어떻습니까?
Scalmalloy 의 균열 진전은 AA7075-T735 1 합금의 균열 진전과 유사합니다. 우리는 AA5754 의 긴 균열과' 짧은 균열' 곡선의 일관성을 볼 수 있다. 또한 Scalmalloy, AA5754 및 AA606 1-T6 과 관련된 R = 0. 1 곡선 간의 유사성도 확인할 수 있습니다.
그림 1. R = 0. 1 da/dN 및 Scalmalloy 의 δ K 곡선, 짧은 균열 진전.
그림 2. R = 0.7 da/dN 및 scalmalloy 의 δ k 곡선.
그림 2 는 D) 에서 G) 까지의 높은 R 비 da/dN 및 δ k 곡선을 보여 줍니다. 이 곡선에는 Scalmalloy 와 관련된 R = 0.7 곡선과 AA5754 및 AA606 1-T6 과 관련된 높은 R 비율 테스트 간의 유사성이 다시 한 번 표시됩니다. 그림 1 및 그림 2 는 AA7050-T745 1 과 관련된 작은 균열에 대한 R = 0. 1 및 0.7 da/dN 및 δ k 곡선도 SCAL 과 관련이 있음을 보여 줍니다. 즉, AA7050-T745 1 과 관련된 작은 균열 곡선은 da/dN 과 δ K 의 전력 관계의 확장으로 볼 수 있습니다.
그림 3 은 서로 다른 피로 임계값과 인성을 고려할 때 다양한 da/dN 곡선이 δ 곡선과 매우 비슷하다는 것을 보여 줍니다. 표 2 는 그림 3 의 AA5754 및 AA606 1-T6 다양한 테스트에 사용된 상수 값을 보여 줍니다. 그림 3 에는 Scalmalloy 와 이러한 서로 다른 알루미늄 합금을 비교하는 데 도움이 되도록 Scalmalloy 의 추세 라인도 포함되어 있습니다.
균열의 증가, 즉 비행기의 수명을 결정하는 가장 빠른 균열은 방정식으로 추정할 수 있다. 첨가제로 만든 Scalmalloy 의 균열 확장 곡선은 피로 성능이 양호한 것으로 알려진 일반적인 알루미늄 합금 AA5754 및 AAA6061-T6 의 균열 확장 곡선과 유사합니다. 이 발견은 Scalmalloy 의 잠재력을 높였다. AA5754 및 AA606 1-T6 에 비해 Scalmalloy 는 선박, 경비행기, 자동차의 증재 부품을 만드는 데 사용할 수 있는 뛰어난 기계적 성능을 갖추고 있으며, 제조업체는 부품 및 군용 항공기 부품, 위성 및 공간 구조의 경량 알루미늄 부품을 알루미늄 합금으로 대체할 수 있습니다.
신소재 및 기술
오랫동안 소수의 Al-Si 기반 주조 합금만이 3D 인쇄 알루미늄 합금에서 균열 없는 가공을 실현해 왔다. 납땜성이 낮은 단조 알루미늄 합금의 경우 높은 열 그라데이션은 기둥 모양의 성장을 촉진하여 열 균열을 일으키기 때문에 단조 알루미늄 합금의 증재 제조 응용에 큰 제한을 받는다.
3D 사이언스 밸리의 시장 관찰에 따르면 이런 규제는 깨지고 있다. 20 19 년 이후 고강도 알루미늄 3D 인쇄 재료의 상업화는 단조를 통해 이뤄야 하는 부품 가공을 위한 새로운 문을 열었다. 3D 인쇄에서 릴리즈된 설계 자유도와 함께 단조 알루미늄 합금 증재 제조 기술은 압력 용기, 유압 파이프, 브래킷, 고강도 프레임 등 분야에서 엄청난 시장 공간을 확보할 수 있습니다.
YSZ+606 1 알루미늄 합금
현재 일정량의 이트륨 안정화 지르코니아 (YSZ) 를 추가하면 입자 미세화를 유도하고 3D 인쇄 606 1 알루미늄 합금의 미세 구조를 변경하여 열 균열을 제거할 수 있습니다.
증재 제조 공정으로 가공된 단조 알루미늄 제품을 사용하면 균열을 줄일 수 있는 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째 방법은 인쇄 중에 열 응력을 제어하는 것입니다. 두 번째 방법은 합금 성분을 바꾸거나 기초 분말에 직접 핵제를 넣어 이질적인 핵을 강화하는 것이다.
지르코늄 기반 나노 입자 핵제 +7075 및 606 1 알루미늄 합금
3D 사이언스 밸리 시장 관찰에 따르면 고강도 3D 프린트단조 알루미늄 소재도 플루토늄 기반 핵제를 첨가하는 방법으로 결정립 미세화를 실현하고 균열을 제거하는 방법도 있다. 이 소재는 HRL 연구소에서 개발한 3D 인쇄용 고강도 7A77.60L 알루미늄 분말로 현재 본격적으로 시장에 출시되고 있습니다. HRL 랩은 지르코늄 기반 나노 입자 핵제를 사용하여 7075 및 606 1 시리즈 알루미늄 분말로 합성합니다. 성형된 재질은 균열이 없고 등축 (즉, 결정립 길이와 높이가 대략 같음) 하여 미세한 미세 구조를 구현하며, 재질 강도는 단조 재질과 비슷하다. 이 3D 인쇄 알루미늄 재질의 평균 항복 강도는 최대 580 MPa, 극한 강도는 600 MPa 를 초과하며 평균 신장률은 8% 를 초과합니다.
알루미늄 망간 티타늄 지르코늄 합금
앞서 3D 사이언스 밸리의 공유에서 과학 연구 분야는 LPBF 공정을 위해 개발된 저비용, Sc 없음, 광범위한 Al-Mn-Ti-Zr 합금도 제시했다. 이 합금은 AlSi 10Mg 의 대안으로 사용되며 비슷한 광범위한 적용 범위를 가지고 있습니다. 고응고 속도를 사용하여 비정규적인 대량의 Mn(3.7±0.5 wt%) 을 알파-AL 기체에 준정하게 굳히면 용액 경화 (약 104 MPa 37% 항복 강도 점유율) 가 크게 촉진된다. 최종 샘플의 항복 강도, 극한 인장 강도 및 파단 신장률은 각각 284±3 MPa, 320±65438±0 MPa 및 65438 0.2% 입니다. 이 새로운 합금은 교대 분포의 작은 아이소메트릭과 굵은 기둥 결정립 영역으로 구성된 쌍봉 미세 구조를 가지고 있습니다.
참고 자료:
깊이 알아야 멀리 갈 수 있다. 3D 사이언스 밸리는 업계에 글로벌 시각에서 증재와 스마트 제조에 대한 심도 있는 관찰을 제공한다. 알루미늄 금속 시장 공급망 분석, 알루미늄 금속 3D 인쇄, 인쇄 기술, 모델링, 시뮬레이션, 특허, 알루미늄 합금 및 고강도 알루미늄 복합 재료에 대한 자세한 내용은 3D 사이언스 밸리에 게시된 알루미늄 금속 3D 인쇄 백서 1.0 을 참조하십시오.
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