와이어의 고온 성능

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4541(2023) 이 기사 인용

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고속 비행 환경에 사용되는 초합금을 위한 와이어 아크 지향성 에너지 증착 공정을 개발하는 과정에서 Inconel 718은 플라즈마 아크 공정을 사용하여 증착되었으며 고온 성능을 테스트했습니다. 증착된 재료는 증착된 상태와 이 합금에 대한 시효 경화 산업 표준 열처리 후에 테스트되었습니다. 결과는 두 가지 증착 조건 모두에서 성능이 저하된 것으로 나타났으며, 열처리된 재료는 최대 538°C까지 증착된 재료보다 성능이 훨씬 뛰어났습니다. 성능 차이는 760°C에서 1000°C까지 덜 중요했는데, 이는 증착된 재료의 성능을 증가시키는 테스트 중 노화 공정으로 인해 발생했습니다. 증착된 재료의 미세 구조는 합금 전반에 걸쳐 상당한 균열이 발생하고 매트릭스 전반에 걸쳐 2차 상이 형성되었으며 열처리 후 훨씬 더 많은 석출이 발생했습니다.

크랜필드 대학교(Cranfield University)는 지향성 에너지 증착(DED) 적층 제조(AM) 공정 개발을 전문으로 합니다. 이 연구는 WAAM(Wire + Arc Additive Manufacturing)이라고도 알려진 와이어 아크 DED에 중점을 두고 있습니다. 전기 아크가 와이어 공급원료를 증착하는 데 사용되며1, 증착 속도는 다양한 다른 금속 AM 공정보다 훨씬 더 높습니다.

많은 고속 비행 관련 응용 분야에는 고온에서의 강도가 필요하므로 니켈 기반 초합금 또는 하스텔로이와 같은 특수 합금을 사용해야 합니다. WAAM을 사용하여 이러한 합금을 생산하면 재료를 절약하고 리드 타임을 대폭 단축하여 기존 제조에 비해 상당한 비용 절감이 가능합니다. 또한 프로토타입을 보다 빠르고 비용 효율적으로 제조할 수 있으므로 새로운 설계 개발이 크게 가속화될 것입니다. 이 문서에서는 WAAM 공정이 Inconel 718(IN718)의 고온 인장 특성에 미치는 영향을 탐구합니다.

인코넬 718은 시효 경화 니켈 기반 초합금으로 항공우주 엔진 부품에 가장 널리 사용되는 합금 중 하나입니다. IN718은 고온 서비스용으로 개발되었으므로 더 높은 온도에서의 강도, 크리프 저항성 및 최대 650°C2의 우수한 피로 수명을 위해 설계되었습니다.

와이어 아크 DED IN718의 실온 인장 특성 및 매크로 구조에 대한 조사는 다른 합금 중에서도 James 등의 이전 연구에서 조사되었습니다. 그들은 퇴적(AD) 시효 경화 합금이 문헌에 명시된 단조 강도에 비해 성능이 현저히 낮다는 것을 발견했습니다3,3. 와이어 아크 DED IN718의 열처리는 인장 특성을 향상시키는 것으로 나타났습니다(Seow et al.). 변형된 열처리를 통해 단조 UTS의 86%에 달하는 실온(RT) 인장 성능을 보고했습니다4.

Bhujangraoetel. 단조 재료와 비교하여 WAAM IN718의 고온 성능을 조사한 결과 Laves 상의 형성이 WAAM 재료의 성능 감소로 이어진다는 것을 발견했습니다. 이는 선호되는 파괴로 작용하는 Laves 상의 취성 거동 때문이라고 그들은 말합니다. 경로5. Lan 등의 연구. 또한 수지상 팔 사이의 Laves 단계 형성과 균열과의 연관성을 보고합니다8. Artazaet al. WAAM IN718에서 균열 형성을 제어하는 ​​방법을 조사한 결과, 패스간 냉각 전략을 사용하면 Laves 상의 형성을 제어하고 균열 형성을 감소시키는 것으로 나타났습니다6.

레이저 DED를 사용한 현장 롤링 사용 시 Li et al. 증착된 층의 기계적 롤링을 통해 IN718에서 형성된 Laves 상은 증착된 재료와 비교하여 더 분산되고 더 낮은 부피 비율로 발견되었습니다. 그들은 또한 롤링 보조 레이저 DED가 IN7189의 인장 특성을 향상시키는 것을 발견했습니다.

WAAM 공정이 고속 비행 응용 분야를 위해 AD 및 열처리된 IN718의 고온 인장 특성에 미치는 영향을 더 자세히 이해하기 위해 RT~1000°C에서 테스트를 수행했습니다. 이 애플리케이션은 추진 흐름 경로의 구성 요소에 대해 외부 구조물이 1000K(727°C) 및 1200+K(927°C)의 높은 서비스 온도에 노출될 것으로 예상됩니다.