Invar 36 합금으로 적층 제조
소개
인바 36(4J36)(FeNi36) 합금은 저팽창 합금 및 정밀 합금으로 분류됩니다. 온도 변화 조건에서 열팽창 계수(CET)가 극히 낮기 때문에, 이 합금은 정밀 장비에 없어서는 안 될 소재입니다.
인바르 합금과 기타 합금의 열팽창 계수 비교 (20℃~200℃ 범위 내 평균값)
FeNi36(인바 36) 합금의 전통적인 제조 공정
인바 36 합금의 전통적인 제조 방법으로는 주로 주조, 단조, 분말 야금, 용접 및 압연 등이 있습니다.
부품 제조 측면에서 볼 때, 기존의 제조 방식은 기술적인 난관에 직면해 있습니다.
– 작업 경화 현상이 발생하기 쉬운 특성: 절삭 공정 중 절삭 공구가 인바르 합금에 가하는 압축력과 마찰력으로 인해 표면 금속이 심한 소성 변형을 일으키며, 이로 인해 경도가 급격히 증가합니다. 이는 공구 마모를 현저히 가속화하고 가공 효율을 저하시키며, 공작물의 표면 품질 저하로 이어질 수 있습니다.
– 열 응력 민감도: 이 합금은 열전도율이 극히 낮습니다. 절삭 과정에서 발생하는 열이 빠르게 전도되거나 확산되기 어려우며, 국부적으로 발생하는 고온으로 인해 상당한 열 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 열 응력은 정밀 부품의 통제 불가능한 변형을 초래할 가능성이 매우 높아, 마이크론 단위의 치수 정밀도를 유지하기 어렵게 만듭니다.
– 높은 절삭력과 빠른 공구 마모: 인바르 36 합금의 높은 가소성과 인성으로 인해 칩이 쉽게 부서지지 않고 공구의 경사면에 달라붙어 칩 덩어리를 형성하는 경향이 있습니다. 이는 절삭력을 증가시킬 뿐만 아니라 공구의 접착 마모와 확산 마모를 악화시키므로, 고성능 경질 합금 코팅 공구를 사용해야 합니다.
인바 36 분말(wt%)의 화학 조성
TRUER 로트 번호: 20251124-G
온도가 상승하면 인바 합금의 원자 진동에 의해 발생하는 팽창이 자성 특성에 의해 상쇄됩니다. 이 효과는 니켈(Ni) 함량이 36%일 때 가장 최적화됩니다. 인바르 합금에서 니켈(Ni)이 수행하는 또 다른 중요한 역할은 오스테나이트 안정화 원소로서, 작동 온도 범위 내에서 인바르 합금을 오스테나이트 상으로 유지하고 상변태로 인한 치수 변화를 방지하는 것입니다.
인바(Invar) 합금의 인장 특성을 향상시키기 위한 일부 연구에서는 TRUER FeNi42Mo와 같이 Mo, Ti, V, Cr, Nb 등의 미량 원소를 첨가했다. 이로 인해 합금의 강도는 향상되고 사용 온도 범위가 확대되었으나, 열팽창 계수가 증가하는 결과를 초래했다.
인바 36 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진
입자를 더 미세하게 만드는 것은 인바르 합금의 성능 향상에 긍정적인 영향을 미칩니다. 그러나 조성 변경의 관점에서 볼 때, 이점과 단점 사이의 상충 관계를 피하기는 어렵습니다.
인바 36 분말의 물리적 특성
인바 36 분말을 위한 적층 제조
인바르 36 분말을 이용한 적층 제조의 주요 방법으로는 선택적 레이저 소결(SLS), 레이저 분말층 용융(LPBF), 에너지 직접 증착(DED), 냉간 분사 적층 제조(CSAM), 접착제 분사(BJT) 등이 있습니다.
기존 제조 방식에 비해 적층 제조는 미세 구조에 대해 더 높은 제어력과 유연성을 제공합니다. 또한, 적층 제조를 통해 복잡한 부품, 격자 구조, 구배 재료 및 복합 재료를 생산할 수 있습니다. LPBF 방식으로 제조된 인바르 36 합금은 열처리를 거치지 않아도 기존 제조 방식으로 생산된 제품보다 더 낮은 열팽창 계수와 더 높은 인장 강도를 나타냅니다.
LPBF 공법으로 제조된 시편의 성능 (횡방향)
LPBF 공법으로 제조된 인바르 합금은 실온에서 뛰어난 인장 특성과 고주기 피로 성능을 나타낼 뿐만 아니라, 단조 시편의 열팽창 계수(CTE)와 비슷하거나 심지어 더 낮은 열팽창 계수를 보인다.
표준 조성 범위 내에서, 적층 제조를 통해 제작된 초합금의 항복 강도는 주로 결정립 크기의 영향을 받는 반면, 열팽창 계수는 주로 기공률, 조성 및 잔류 응력의 영향을 받는다.
에너지 밀도를 최적화하고 열 구배를 제어하는 것은 결정 조직을 미세화하고 기공률을 낮추는 데 매우 중요합니다.
LPBF 제조 과정에서 발생하는 잔류 응력은 열팽창계수(CTE)를 낮추는 데 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이것이 바로 인바르 합금을 LPBF 방식으로 제조할 때 응력 제거 어닐링이나 기타 열처리가 필요하지 않은 이유입니다.
