なぜTial6V4の後期積層造形熱処理は、通常、高真空炉で行われるのですか？アルファケースの防止

TiAl6V4の後期積層造形熱処理は高真空炉に依存しています。なぜなら、チタン合金は高温で酸素に対する親和性が非常に高いからです。応力除去または微細構造の改変のいずれを目的とする場合でも、高温のチタンを微量の酸素にさらすと急速な酸化が生じ、最終部品の機械的完全性が損なわれます。

高真空環境の主な目的は、脆い「アルファケース」表面層の形成を防ぐことです。この極端な保護なしでは、熱処理プロセスは材料の延性を破壊し、高応力用途には複雑な3Dプリント部品が無用になってしまいます。

化学的課題：酸化とアルファケース

TiAl6V4のようなチタン合金は、酸素と激しく反応します。この反応性は極端な熱に限定されません。600°Cでの応力除去焼鈍しであれ、1200°Cでの固溶処理であれ、それは重要な問題となります。

加熱されたチタンが酸素を吸収すると、アルファケースとして知られる硬くて脆い表面層が形成されます。この層は亀裂の発生源となります。

アルファケースが形成されると、部品の延性が劇的に低下します。これは部品の機械的品質を損ない、負荷下での早期破損を引き起こしやすくなります。

酸化を防ぐためには、標準的な不活性ガスパージでは不十分な場合があります。このプロセスには、10^-5 mbarの真空レベルに達することができる高真空炉が必要です。

この特定の真空レベルは、極端な保護環境を提供します。これにより、TiAl6V4が大気から効果的に隔離され、加熱および冷却サイクル全体で表面化学が変化しないことが保証されます。

積層造形（AM）は、印刷中の急速な加熱と冷却により、本質的に大きな残留応力を発生させます。高温真空焼鈍しはこれらの応力を緩和し、部品の歪みを防ぎます。

固溶処理温度（約1200°C）では、真空環境により、表面損傷なしに深い微細構造の変化が可能になります。この熱処理は、溶融プールの痕跡を含む異方性の堆積構造を、微細な等軸結晶粒構造に変換します。

この微細構造の変換により、層界面に見られる弱点が排除されます。結果として、均質化された材料は、靭性と亀裂伝播に対する耐性が大幅に向上します。

10^-5 mbarの真空を達成および維持するには、特殊でメンテナンスの多い工業用炉が必要です。これは、反応性の低い金属に使用される標準的な熱処理方法と比較して、コストと複雑さを増大させます。

このプロセスは容赦がありません。真空シールの破損や、必要な圧力レベルに達しない場合は、高価なAM部品の即時酸化につながり、おそらくスクラップになるでしょう。

TiAl6V4の後処理戦略を定義する際には、特定の機械的要件を考慮してください。

表面の完全性と延性が主な焦点である場合：熱処理プロバイダーが、アルファケース形成を完全に防ぐために、高真空能力（10^-5 mbar）を保証していることを確認してください。
疲労寿命と靭性が主な焦点である場合：1200°Cでの真空固溶焼鈍しを利用して、結晶粒構造を均質化し、印刷プロセス固有の弱い層界面を排除してください。

最終的に、高真空処理のコストは、最終的なチタン部品の信頼性と安全性への投資です。

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Daniel Elitzer, Heinz Werner Höppel. Development of Microstructure and Mechanical Properties of TiAl6V4 Processed by Wire and Arc Additive Manufacturing. DOI: 10.1002/adem.202201025

この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .