精密な熱制御は、3Dプリントされたマルエージング鋼の不安定な微細構造を安定化させるための唯一の前提条件です。プリントされた部品を使用可能なコンポーネントに変換するには、正確な温度（固溶化処理には特に840°C、時効処理には520°C）を維持できる高精度炉を使用する必要があります。この厳密な制御なしには、選択的レーザー溶融（SLM）プロセスによって引き起こされる内部応力を効果的に中和したり、材料を硬化させるために必要な特定の化学反応を誘発したりすることはできません。
選択的レーザー溶融プロセスにより、マルエージング鋼には深刻な内部応力と化学的偏析が残ります。高精度炉は、ナノメートルの化合物の均一な析出を保証するため、必須です。それがなければ、材料は意図した硬度や機械的信頼性を達成できません。
積層造形プロセスの修正
SLMプロセスは急速な加熱と冷却を伴い、これが混沌とした内部構造を生み出します。高精度炉は、材料を「リセット」するために使用される主要なツールです。
内部応力の除去
レーザー溶融に固有の急速な冷却により、部品に多大な内部応力が閉じ込められます。
これらの応力が均一に解放されない場合、部品が反ったり早期に故障したりする可能性があります。
精密な固溶化処理（通常は840°Cで保持）により、材料はリラックスできます。これにより、製造中に生成された残留応力プロファイルが解消されます。
化学的偏析の解決
プリント中、化学元素はしばしば不均一に分布し、これは偏析として知られる現象です。
高精度の加熱は合金を均質化します。これにより、元素がマルテンサイトマトリックス全体に均一に分布し、最終的な硬化段階の準備が整います。
最高の機械的特性の達成
構造が均質化されたら、材料を強化する必要があります。これは時効処理によって行われ、温度精度はさらに重要になります。
均一な析出の促進
マルエージング鋼の決定的な特徴は、強度を得るために金属間化合物に依存していることです。
時効処理中（通常は520°C）、Ni3(Mo, Ti)のような化合物がマトリックスから析出します。
これらの析出物は、転位の移動を効果的にブロックするために、ナノメートルサイズ（非常に小さい）で均一に分布している必要があります。
硬度と強度の向上
炉の精度は、これらの析出物の品質を直接決定します。
温度が正確に保持されていれば、析出によりマルテンサイトマトリックスが大幅に硬化します。
このプロセスにより、コンポーネントの全体的な機械的強度と硬度が最大化され、高性能アプリケーションに適したものになります。
避けるべき一般的な落とし穴
精度が欠如した場合に何が起こるかを理解することは、なぜ精度が必要なのかを知ることと同じくらい重要です。
温度変動の危険性
炉の温度が変動すると、析出プロセスが一貫しなくなります。
これにより、「過時効」（析出物が大きくなりすぎて効果を失う）または「過少時効」（析出物が十分に形成されない）が発生する可能性があります。
一貫性のない機械的性能
精度が欠如すると、部品の形状全体で強度にばらつきが生じます。
重要なアプリケーションでは、この一貫性のなさが最終製品の構造的完全性を損ない、マルエージング鋼を使用する利点を無駄にします。
目標に合わせた正しい選択
SLMコンポーネントが仕様を満たしていることを確認するために、特定の目標に基づいた次の原則を適用してください。
- 主な焦点が幾何学的安定性にある場合：固溶化処理（840°C）の精度を優先して、製造プロセスからのすべての内部応力が完全に均一に解放されるようにします。
- 主な焦点が最大の硬度にある場合：時効処理（520°C）の安定性に焦点を当てて、ナノメートルのNi3(Mo, Ti)析出物の均一な分布を保証します。
熱処理における精度は単なる仕上げ工程ではありません。プリントされた形状を高機能エンジニアリング材料に変える決定的な要因です。
概要表：
| 処理タイプ | 目標温度 | 主な目的 | 主要な微細構造変化 |
|---|---|---|---|
| 固溶化処理 | 840°C | 応力除去と均質化 | SLM内部応力と化学的偏析を中和します。 |
| 時効処理 | 520°C | 析出硬化 | 均一なナノメートルサイズのNi3(Mo, Ti)化合物の形成を誘発します。 |
| 精密制御 | $\pm$ 小さな変動 | 機械的信頼性 | 過時効を防ぎ、形状全体にわたる一貫した硬度を保証します。 |
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参考文献
- Matjaž Godec, Danijela A. Skobir Balantič. Use of plasma nitriding to improve the wear and corrosion resistance of 18Ni-300 maraging steel manufactured by selective laser melting. DOI: 10.1038/s41598-021-82572-y
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 .
