적층방향을 서로 다르게 제조한 Inconel 718 초합금의 미세조직과 기계적물성과 상관관계에 대한 연구

Abstract

국문 요지

본 연구에서는 3D Printing 기술 중 Electron Beam을 열원으로 하는 Powder Bed Fusion (PBF) 공정을 활용하여 다양한 적층 방향을 가지고 적층 된 Inconel 718 초합금의 미세조직과 기계적 특성 간의 상관관계에 관한 연구 를 기술하였다. Inconel 718 초합금을 활용하여 0°, 15°, 45°, 90° 총 네 가지 적층 각도로 시험편을 제작하였다. 모든 적층 시험편은 99 % 이상의 높은 상 대 밀도를 가지며 결함 밀도는 적층 각도가 증가함에 따라 4.59 × 10-1 %에서 9.49 × 10-1 %로 증가하였다. Inconel 718 초합금 조형체의 적층 방향에 평행 한 주상정 결정립을 가지며 Laves 상과 MC 와 같은 석출물은 주로 입계를 따라 형성되었다. 0°와 90°의 적층각으로 제작된 조형체는 15 % 이상의 높은 γ˝ 상분율을 가지며 이로 인해 우수한 고온 인장 강도와 균일한 연신율을 나 타냈다. EB-PBF 공정 제작 과정에서 시험편 내부에 축적된 열은 γ˝ 상의 석 출 반응을 유도하였다. 그러나 0°와 90°의 적층각으로 제작된 조형체의 크리프 수명에서는 상반된 결과를 보였는데 이는 크리프 수명이 γ˝ 석출물의 분율에 영향을 받지 않으며 미세조직의 방향에 영향을 받기 때문이다. 적층 제작된 초합금의 강화된 크리프 수명은 강한 (0 0 1)γ 집합조직과 낮은 결함 밀도를 갖는 방향성 응고 미세조직에 기인한다. 적층 각도가 15°와 45°인 조형체는 축 적된 열이 조형체 주변의 분말로 확산되었기 때문에 시험편 내부의 열이 더 빨리 냉각되어 상대적으로 적은 γ˝ 석출 반응이 유도되었기 때문이다. 따라서 적층 제조시 적층 방향에 따른 미세조직의 성장 방향 및 적층 각도가 있는 조 형체는 고온에서 유지 시간을 증가시켜 석출 반응이 충분히 유도될 수 있도록 하는 공정 설계가 필요하다.|Abstract

In this study, we investigated the correlation between microstructures and mechanical properties in additively manufactured Inconel 718 superalloys with different built angles. The Inconel 718 superalloys were fabricated by the electron beam-powder bed fusion (EB-PBF) method with four built angles: 0°, 15°, 45°, and 90°. All the as-built alloys have high relative density above 99 %, and the defect density of the as-built alloys increased from 4.59 × 10-1 % to 9.49 × 10-1 % with increasing built angles. The as-built Inconel alloys had columnar grains parallel to the build direction, and the coarse Laves phase and MC particles formed along the grain boundary. The as-built alloys fabricated with the built angles of 0° and 90° showed excellent high-temperature tensile strength and good uniform elongation because of its high fraction of γ˝ phase above 15 %. The thermal heat accumulated for the EB-PBF building induced the precipitation reaction of the γ˝ phase. The enhanced creep resistance of the as-built alloy was attributed to the directional solidification microstructure with a strong (0 0 1)γ texture and low defect density. In the alloy with built angles of 15° and 45°, accumulated heat was spread to the powder around the as-built alloy, and then the fraction of the γ˝ phase decreased. Therefore, the as-built part with the built angle requires process design to increase the holding time at a high temperature.