高温均質化処理と固溶化時効処理は、SLM成形されたインコネル718の微細構造を根本的に変化させます。有害な副生成物を強化機構に変換します。このプロセスにより、材料を約1080°Cの温度にさらすことで、脆いラーベス相が溶解し、ニオブが再分配され、著しく強化された強度とマイクロ硬度を持つ均一な構造が得られます。
この熱処理の主な目的は、印刷プロセスに固有の元素偏析を逆転させることです。ラーベス相を溶解してニオブを放出し、それがγ'相およびγ''相（合金の機械的性能の主な推進力）を析出させるために利用されます。
印刷状態の微細構造の課題
ニオブの偏析
「印刷状態」では、SLM成形されたインコネル718は、元素の不均一な分布を頻繁に示します。
具体的には、ニオブはマトリックスに均一に溶解したままでなく、偏析する傾向があります。この偏析は、後続の微細構造の問題の根本原因です。
ラーベス相の形成
ニオブの偏析は、ラーベス相の形成につながります。
この相は、他の場所で必要とされるニオブを消費するため、この文脈では一般的に望ましくありません。ニオブがラーベス相に閉じ込められると、高性能アプリケーションに必要な強化析出物を形成できなくなります。
均質化のメカニズム
ラーベス相の溶解
高温均質化処理は、これらの問題に直接対処します。
特殊な炉で部品を1080°Cなどの温度に加熱することにより、プロセスはラーベス相を効果的に溶解します。これにより、印刷プロセスの急速な冷却中に形成された脆い構造が破壊されます。
ニオブの放出
ラーベス相が溶解すると、含まれていたニオブがマトリックスに放出されます。
この再分配は、処理の重要な転換点です。遊離したニオブは、合金の真の強化相であるγ'（ガンマプライム）およびγ''（ガンマダブルプライム）の析出を促進できるようになります。
得られる材料特性
均一性の達成
この処理は、印刷状態の格子に見られる局所的な不整合を排除します。
その結果、非常に均一な微細構造が得られます。この一貫性は、部品が応力下でどのように挙動するかを予測するために不可欠です。
強度と硬度の向上
γ'相およびγ''相の析出は、機械的特性に直接影響します。
この処理後、格子構造は著しく改善された強度を示します。さらに、未処理の状態と比較して、材料のマイクロ硬度は大幅に増加します。
トレードオフの理解
特殊な処理の必要性
この改善は自動的ではありません。正確な熱管理が必要です。
このプロセスには、1080°Cを維持できる特殊な炉が必要です。標準的な焼鈍または低温応力除去サイクルでは、ラーベス相の溶解を同じように達成できません。
相形成のバランス
このプロセスは、他の相を促進するために1つの相を溶解することのトレードオフです。
基本的に、γ'相およびγ''相を得るためにラーベス相を犠牲にしています。均質化温度に達しないと、脆い特性を保持し、最大の強度を欠く構造になります。
目標に合わせた適切な選択
SLM成形されたインコネル718の性能を最大化するには、特定の機械的要件を考慮してください。
- 主な焦点が最大の引張強度である場合：高温均質化処理を利用して、γ'相およびγ''相の強化析出を完全に析出させます。
- 主な焦点が疲労耐性と耐久性である場合：この処理を適用して、亀裂発生源として機能することが多い脆いラーベス相を排除します。
効果的な熱処理は、印刷プロセスの固有の欠陥を最終部品の構造的強度に変えます。
概要表：
| プロセス段階 | 温度 / メカニズム | 微細構造への影響 | 主な機械的結果 |
|---|---|---|---|
| 印刷状態 | 常温 / 急冷 | ニオブ偏析 & ラーベス相形成 | 脆く、不均一な構造 |
| 均質化 | ~1080 °C | ラーベス相を溶解 & ニオブを再分配 | 亀裂発生源を排除 |
| 固溶化時効 | ターゲット熱サイクル | γ' および γ'' 強化相を析出 | 硬度 & 強度の著しい増加 |
| 最終状態 | 均一なマトリックス | 均一な元素分布 | 最大の引張 & 疲労性能 |
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参考文献
- Sebastian Marian Zaharia, Mihai Alin Pop. Mechanical Properties and Microstructure of Inconel 718 Lattice Structures Produced by Selective Laser Melting Process. DOI: 10.3390/ma17030622
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
