KR102545931B1 - Manufacturing method for Mar-M247 alloy multilayer shaped structure with excellent tensile properties and Mar-M247 alloy multilayer shaped structure thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법에 관한 것으로, 적층 가공 제어하여 제조된 Mar-M247 합금 조형물을 열처리 제어하여 미세조직을 조절하여 높은 인장강도를 가지는 Mar-M247 합금 조형물 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법은, 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층 가공 방법에 있어서, 가스분사법으로 제조된 Mar-M247 합금분말을 제공하는 제1단계; 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 위한 공정변수를 설정하는 제2단계; 상기 Mar-M247 합금분말을 공급하는 제3단계; 조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 Mar-M247 합금분말을 용융시키는 제4단계; 상기 용융된 Mar-M247 합금분말을 냉각 및 고화하면서, Mar-M247 소재의 하나의 레이어를 형성하는 제5단계; 및 상기 Mar-M247 소재의 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 제3단계 내지 제5단계를 반복하여 적층하는 제6단계; 를 포함하여 이루어지고, 상기 제2단계의 공정변수는 170 내지 190 (W)의 레이저 전력으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a method for manufacturing a Mar-M247 alloy laminate having excellent tensile properties due to control of heat treatment process conditions. It relates to a method for manufacturing a Mar-M247 alloy sculpture.
The method for manufacturing a Mar-M247 alloy laminated body having excellent tensile properties due to the control of heat treatment process conditions according to the present invention is an additive manufacturing method using a laser powder bed fusion (L-PBF) method, a gas spraying method. A first step of providing a Mar-M247 alloy powder made of; A second step of setting process parameters for laser powder bed fusion (L-PBF); A third step of supplying the Mar-M247 alloy powder; A fourth step of selectively irradiating a molding light source to melt the Mar-M247 alloy powder; A fifth step of forming one layer of Mar-M247 material while cooling and solidifying the molten Mar-M247 alloy powder; and a sixth step of repeating and stacking the third to fifth steps until the three-dimensional sculpture of the Mar-M247 material is completed. It is made to include, characterized in that the process variable of the second step is set to a laser power of 170 to 190 (W).

Description

열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법 및 이를 이용한 Mar-M247 합금 적층 조형물{Manufacturing method for Mar-M247 alloy multilayer shaped structure with excellent tensile properties and Mar-M247 alloy multilayer shaped structure thereof}Manufacturing method for Mar-M247 alloy multilayer shaped structure with excellent tensile properties and Mar-M247 alloy multilayer shaped structure using the same structure thereof}

본 발명은 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법에 관한 것으로, 적층 가공 제어하여 제조된 Mar-M247 합금 조형물을 열처리 제어하여 미세조직을 조절하여 높은 인장강도를 가지는 Mar-M247 합금 조형물 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a Mar-M247 alloy laminate having excellent tensile properties due to control of heat treatment process conditions. It relates to a method for manufacturing a Mar-M247 alloy sculpture.

니켈을 기지로 하여 여러 가지 합금 원소를 첨가한 니켈계 초내열 합금은 터빈 엔진과 같은 고온 내열재료로 사용되는 소재이다. 니켈계 초내열 합금 중 Mar-M247은 최적의 주조형 초내열합금으로, γ기지에서 ordered γ’상 (Ni3Al)의 석출에 의한 우수한 고온특성을 가지고 있다. 이러한 니켈계 초내열 합금은 미세구조를 제어하여 보다 우수한 고온특성을 얻는 것이 중요하다. A nickel-based heat-resistant superalloy containing nickel as a base and adding various alloying elements is a material used as a high-temperature heat-resistant material such as a turbine engine. Among nickel-based heat-resistant superalloys, Mar-M247 is the optimal cast type superalloy, and has excellent high-temperature characteristics due to the precipitation of ordered γ' phase (Ni 3 Al) in the γ-base. It is important to obtain better high-temperature characteristics by controlling the microstructure of these nickel-based superheat-resistant alloys.

일반적으로, Mar-M247을 용접 또는 기계 가공을 통해 부품을 제작하면 품질은 우수하나, 가공단가가 높고 복잡한 형상의 부품 제작이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 복잡한 형상을 제작하기에 유리한 적층 가공을 이용하고, Mar-M247의 최적 인장특성을 획득하기 위해서는 적층 제조 공정조건 제어가 필요하다. 또한, 열처리 조건을 제어하여 γ‘상의 분율 및 형상을 제어하고 우수한 인장특성을 확보할 필요가 있다. In general, if Mar-M247 is manufactured through welding or machining, the quality is excellent, but the processing cost is high and it is difficult to manufacture parts with complex shapes. Therefore, it is necessary to control additive manufacturing process conditions in order to use additive manufacturing, which is advantageous for manufacturing complex shapes, and to obtain the optimal tensile properties of Mar-M247. In addition, it is necessary to control the heat treatment conditions to control the fraction and shape of the γ' phase and to secure excellent tensile properties.

종래의 경우, 적층 제조가 아닌 주조를 통해 합금을 제작하거나 열처리를 통해 결정립계 형상을 제어하지만 초내열 합금의 물성 조절의 핵심인 γ‘ 석출상의 형상 및 분율을 제어할 수 없었다. 또한, 인장강도가 낮은 문제점이 있었다. In the conventional case, an alloy is manufactured through casting rather than additive manufacturing or grain boundary shapes are controlled through heat treatment, but the shape and fraction of the γ 'precipitated phase, which is the core of controlling the physical properties of superheat-resistant alloys, cannot be controlled. In addition, there was a problem of low tensile strength.

한국등록특허 제10-1507898호Korean Patent Registration No. 10-1507898

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복잡한 형상의 부품을 제조할 수 있는 우수한 물성을 가진 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a superheat-resistant alloy Mar-M247 laminated body having excellent physical properties capable of producing complex shaped parts.

또한, 본 발명의 목적은 열처리 공정을 제어하여 γ‘상 석출상의 크기 및 형상을 제어할 수 있는 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide a superheat resistant alloy Mar-M247 laminated body that can control the size and shape of the γ 'phase precipitate by controlling the heat treatment process.

또한, 본 발명의 목적은 열처리 공정을 제어하여 인장강도가 매우 우수한 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide a Mar-M247 laminated structure, which is a super alloy having excellent tensile strength by controlling the heat treatment process.

발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 발명에 따른 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법은, The method for manufacturing a Mar-M247 alloy laminated sculpture having excellent tensile properties due to the control of heat treatment process conditions according to the present invention,

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층 가공 방법에 있어서,In the additive manufacturing method using Laser Powder Bed Fusion (L-PBF),

가스분사법으로 제조된 Mar-M247 합금분말을 제공하는 제1단계;A first step of providing Mar-M247 alloy powder produced by a gas injection method;

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 위한 공정변수를 설정하는 제2단계;A second step of setting process parameters for laser powder bed fusion (L-PBF);

상기 Mar-M247 합금분말을 공급하는 제3단계;A third step of supplying the Mar-M247 alloy powder;

조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 Mar-M247 합금분말을 용융시키는 제4단계;A fourth step of selectively irradiating a molding light source to melt the Mar-M247 alloy powder;

상기 용융된 Mar-M247 합금분말을 냉각 및 고화하면서, Mar-M247 소재의 하나의 레이어를 형성하는 제5단계; 및 A fifth step of forming one layer of Mar-M247 material while cooling and solidifying the molten Mar-M247 alloy powder; and

상기 Mar-M247 소재의 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 제3단계 내지 제5단계를 반복하여 적층하는 제6단계; 를 포함하여 이루어지고,A sixth step of repeating and stacking the third to fifth steps until the three-dimensional sculpture of the Mar-M247 material is completed; is made including,

상기 제2단계의 공정변수는 170 내지 190 (W)의 레이저 전력으로 설정하는 것을 특징으로 한다. The process variable in the second step is characterized in that the laser power is set to 170 to 190 (W).

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 복잡한 형상의 부품을 제조할 수 있는 우수한 물성을 가진 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제조할 수 있다. By means of solving the above problems, the present invention can manufacture a Mar-M247 laminated body, which is a heat-resistant superalloy having excellent physical properties capable of manufacturing complex-shaped parts.

또한, 본 발명은 열처리 공정을 제어하여 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물의 γ‘상 석출상의 크기 및 형상을 제어할 수 있다. In addition, the present invention can control the size and shape of the γ 'phase precipitate phase of the superheat-resistant alloy Mar-M247 laminated body by controlling the heat treatment process.

또한, 본 발명은 열처리 공정을 제어하여 인장강도가 매우 우수한 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제조할 수 있다.In addition, the present invention can manufacture a Mar-M247 laminated structure, which is a super-heat-resistant alloy having very excellent tensile strength, by controlling the heat treatment process.

도 1은 본 발명의 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조장치 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명의 실시예에 의해 제조된 Mar-M247 합금 적층 조형물의 미세조직 사진이다.
1 is a flow chart showing a method for manufacturing a Mar-M247 alloy laminated body having excellent tensile properties due to the control of heat treatment process conditions of the present invention.
2 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a Mar-M247 alloy laminated sculpture having excellent tensile properties due to heat treatment process condition control according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a picture of the microstructure of the Mar-M247 alloy laminated body manufactured by an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In the entire specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The specific details, including the problem to be solved, the means for solving the problem, and the effect of the invention with respect to the present invention are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서, 미세구조는 불규칙(disordered) γ상 기지로부터 정합(coherent)의 L12-규칙FCC γ′상을 포함하는 미세구조를 갖고 있으며 합금의 강도를 강화시키는 중요한 역할을 한다. 본 발명은 니켈계 초합금들은 온도와 시간 변화에 따라 미세구조(결정립 크기, 결정방위 및 석출상 변형) 및 기계적 강도(경도, 항복, 인장 및 내피로)에 미치는 영향이 크기 때문에 시효 조건과 가공경화와 관련된 연구를 진행하였다. 이에 의하여, 본 발명은 Mar-M247 합금의 특성 개선을 위한 열처리 공정 기술로서, 해당 기술에 따른 합금 소재의 미세조직 분석, 그에 따른 기계적 특성을 분석하여 연계성을 고찰하여 최적 열처리 공정 조건을 제공하고자 하였다.In the present invention, the microstructure has a microstructure including a coherent L12-rule FCC γ′ phase from a disordered γ phase matrix and plays an important role in enhancing the strength of the alloy. In the present invention, nickel-based superalloys have a great effect on microstructure (grain size, crystal orientation, and precipitate phase transformation) and mechanical strength (hardness, yield, tensile and fatigue resistance) according to temperature and time changes, so aging conditions and work hardening A related study was conducted. Accordingly, the present invention is a heat treatment process technology for improving the characteristics of the Mar-M247 alloy. It was intended to provide optimal heat treatment process conditions by analyzing the microstructure of the alloy material according to the technology and analyzing the mechanical properties thereof to consider the linkage. .

도 1에 나타난 바와 같이, 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법은 아래 단계에 의해 수행된다. As shown in Figure 1, the manufacturing method of the Mar-M247 alloy laminated body having excellent tensile properties due to the control of heat treatment process conditions is performed by the following steps.

먼저, 제1단계(S10)는 Mar-M247 합금분말을 제공한다. 본 발명은 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층 가공에 따라 수행하며, 1단계(S10)에서 가스분사법으로 제조된 Mar-M247 합금분말을 제공한다. First, in the first step (S10), Mar-M247 alloy powder is provided. The present invention is performed according to additive manufacturing using a laser powder bed fusion (L-PBF), and provides Mar-M247 alloy powder produced by a gas spraying method in step 1 (S10).

상기 Mar-M247 합금은 Carpenter 사의 CM247LC을 활용하여 제조한다. 또한, 상기 Mar-M247 합금은 텅스텐(W): 9.5 중량%, 코발트(Co): 9.2 중량%, 크롬(Cr) 8.1 중량%, 알루미늄(Al) 5.6 중량%, 탄탈럼(Ta): 3.2 중량%, 하프늄(Hf): 1.4 중량%, 타이타늄(Ti): 0.7 중량%, 몰리브데넘(Mo): 0.5 중량%, 탄소(C): 0.075 중량%, 지르코늄(Zr): 0.015 중량%, 붕소(B): 0.015 중량% 및 잔부 Ni의 비율로 구성된다. The Mar-M247 alloy is prepared using Carpenter's CM247LC. In addition, the Mar-M247 alloy contains tungsten (W): 9.5 wt%, cobalt (Co): 9.2 wt%, chromium (Cr) 8.1 wt%, aluminum (Al) 5.6 wt%, tantalum (Ta): 3.2 wt% %, hafnium (Hf): 1.4 wt%, titanium (Ti): 0.7 wt%, molybdenum (Mo): 0.5 wt%, carbon (C): 0.075 wt%, zirconium (Zr): 0.015 wt%, boron (B): 0.015% by weight and the remainder Ni.

또한, 상기 Mar-M247 합금분말은 입도 15 내지 45 ㎛를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, the Mar-M247 alloy powder preferably has a particle size of 15 to 45 μm.

다음으로, 제2단계(S20)는 공정변수를 설정한다. 제2단계(S20)는 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 위한 공정변수를 설정한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 공정변수는 레이저의 전력 및 스캔속도를 설정하여 제어한다. Next, in the second step (S20), process parameters are set. The second step (S20) sets process parameters for Laser Powder Bed Fusion (L-PBF). As shown in FIG. 2, the process variable is controlled by setting the power and scan speed of the laser.

상기 레이저 전력은 170 내지 190 (W)의 으로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 레이저 전력이 170 (W) 미만인 경우 에너지가 너무 낮아 적층 생성 시간이 너무 오래 걸리고 미용융 분말과 같은 적층 결함이 생성되어 적층 조형물의 인장강도가 너무 낮으며 충분한 에너지 밀도를 조사할 수 없기 때문에 결함이 발생하여 인장 특성이 저하되는 문제점이 발생하고, 상기 레이저 전력이 190 (W)를 초과한 경우 분말의 기화가 나타나며 적층 조형물이 물리적으로 변형될 우려가 있으므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. The laser power is preferably set to 170 to 190 (W). When the laser power is less than 170 (W), the energy is too low, so the stacking time is too long, and stacking defects such as unmelted powder are generated, so that the tensile strength of the stacked object is too low and sufficient energy density cannot be irradiated. This causes a problem of deterioration in tensile properties, and when the laser power exceeds 190 (W), powder vaporization occurs and there is a possibility that the laminated object may be physically deformed.

또한, 상기 스캔속도는 900 내지 1,100 (mm/s)로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 스캔속도는 조형 가능한 범위 내에서 최대 스캔 속도로 설정하는 것으로, 상기 스캔속도가 900 (mm/s) 미만인 경우 스캔속도가 너무 낮아 적층 생성 시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 발생하고, 상기 스캔속도가 1,100 (mm/s)을 초과한 경우 분말에 가해지는 에너지의 양이 적어지게 되며 스캔 방향을 따라 적층 결함이 발생하므로 생성된 적층 조형물이 물리적으로 변형될 우려가 있으므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the scan speed is preferably set to 900 to 1,100 (mm/s). The scan speed is set to the maximum scan speed within a range that can be molded, and when the scan speed is less than 900 (mm/s), the scan speed is too low, causing a problem in that the laminate production time takes too long, and the scan speed is too low. If it exceeds 1,100 (mm/s), the amount of energy applied to the powder is reduced, and stacking faults occur along the scan direction, so that the resulting laminated object may be physically deformed. Therefore, it is preferable to perform under the above conditions. .

레이저 전력이 높고, 스캔속도가 느릴 경우 분말에 과한 에너지가 조사되면서 분말이 기화되며 표면조도 및 물성을 저하시킬 위험이 있다. 반면에 레이저 전력이 낮고, 스캔속도가 빠를 경우에는 에너지가 조사되지 못하여 미용융 분말이 형성되며 적층결함이 나타나게 된다. 그러므로 생산성이 높은 조형체를 제조하기 위해서는 레이저 전력과 스캔속도가 높은 최적의 공정 조건을 설정해야 한다.When the laser power is high and the scan speed is slow, the powder is vaporized as excessive energy is irradiated, and there is a risk of deteriorating surface roughness and physical properties. On the other hand, when the laser power is low and the scan speed is high, energy is not irradiated and unmelted powder is formed, resulting in stacking defects. Therefore, in order to manufacture a molded body with high productivity, it is necessary to set optimal process conditions with high laser power and high scan speed.

상기 해칭 공간(hatching space)은 레이저가 이동하는 레이저 스캔 경로 사이의 간격으로, 130 내지 170 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 해칭 공간(hatching space)이 130 ㎛ 미만인 경우 생산성이 떨어지고, 상기 해칭 공간(hatching space)이 170 ㎛를 초과한 경우 오버랩(overlap) 되는 영역이 줄어들면서 다공성이 높아지는 문제점이 발생하므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. The hatching space is an interval between laser scan paths along which the laser moves, and is preferably 130 to 170 μm. When the hatching space is less than 130 μm, productivity is reduced, and when the hatching space exceeds 170 μm, the overlapping area is reduced and porosity is increased. It is desirable to do

상기 레이어 두께(layer thickness)는 30 내지 40 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 레이어 두께(layer thickness)가 30 ㎛ 미만인 경우 입열량이 과해 분말이 기화될 위험이 있으며, 상기 레이어 두께(layer thickness)가 40 ㎛를 초과한 경우 열전달이 제대로 이루어지지 못하여 미용융 분말이 증가할 확률이 높아지므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. The layer thickness (layer thickness) is preferably 30 to 40 ㎛. If the layer thickness is less than 30 μm, there is a risk of vaporization of the powder due to excessive heat input, and if the layer thickness exceeds 40 μm, heat transfer is not performed properly and unmelted powder increases. Since the probability is high, it is preferable to perform under the above conditions.

생산성을 높이려면 더 높은 레이저 출력과 스캔 속도를 사용하여 에너지 밀도를 높여야 한다. 1980년대 이후 레이저 출력과 스캔 속도는 일반적으로 작동 안정성과 장비의 사양 제한으로 인해 각각 200 (W) 및 1200 (mm/s) 미만으로 제한되었다. 도 2과 같이, 본 발명의 레이저 출력과 스캔 속도 조건에서 다양한 공정 변수를 제어하여 적절한 기계적 물성을 얻기 위한 노력이 이루어졌다. Higher productivity requires higher energy densities using higher laser powers and scan speeds. Since the 1980s, laser power and scan speed have generally been limited to less than 200 (W) and 1200 (mm/s), respectively, due to operational stability and limited specifications of equipment. As shown in FIG. 2, efforts have been made to obtain appropriate mechanical properties by controlling various process variables under the laser power and scan speed conditions of the present invention.

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF) 공정의 생산성을 나타내는 대표적인 지표인 Build rate(VB)는 다음 식 (1)에 의해 결정된다.Build rate (VB), which is a representative indicator of the productivity of the laser powder bed fusion (L-PBF) process, is determined by the following equation (1).

VB = VS X Δy X Δz (1)VB = VS X Δy X Δz (1)

(여기서, VS는 스캔 속도, Δy는 해칭 공간(hatching space)의 증가, Δz는 레이어 높이의 증가 임)(Where VS is the scan speed, Δy is the increase in hatching space, and Δz is the increase in layer height)

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF) 부품의 생산성은 공정 파라미터의 제어에 따라 체적 영향을 받으며, 스캔속도는 생산성 향상을 위한 가장 중요한 파라미터이다. The productivity of laser powder bed fusion (L-PBF) parts is affected by volume according to the control of process parameters, and the scan speed is the most important parameter for improving productivity.

다음으로, 제3단계(S30)는 상기 Mar-M247 합금분말을 공급한다. 제3단계(S30)는 상기 Mar-M247 합금분말을 공급한다. Next, in the third step (S30), the Mar-M247 alloy powder is supplied. In the third step (S30), the Mar-M247 alloy powder is supplied.

다음으로, 제4단계(S40)는 상기 Mar-M247 합금분말을 용융시킨다. 제4단계(S40)는 Ar 가스 분위기 내에서 조형광원을 선택적으로 조사하여 합금분말을 용융시킨다. 상기 제4단계(S40)에서 상기 조형광원의 조사는 불활성기체 분위기(Ar Gas), 산소농도 100ppm 이하를 유지한 상태에서 실시한다. 100 PPM보다 높은 산소 농도에서 실시할 경우, 용융된 분말과 산소가 반응하여 산화물을 형성하는 문제점이 발생하므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다.Next, in the fourth step (S40), the Mar-M247 alloy powder is melted. In the fourth step (S40), the alloy powder is melted by selectively irradiating a shape light source in an Ar gas atmosphere. In the fourth step (S40), the irradiation of the modeling light source is carried out in an inert gas atmosphere (Ar Gas) and an oxygen concentration of 100 ppm or less. When carried out at an oxygen concentration higher than 100 PPM, a problem occurs in that the molten powder reacts with oxygen to form an oxide, so it is preferable to carry out the above conditions.

다음으로, 제5단계(S50)는 Mar-M247 소재의 하나의 레이어를 형성한다. Next, in the fifth step (S50), one layer of Mar-M247 material is formed.

다음으로, 제6단계(S60)는 상기 제3단계(S30) 내지 제5단계(S50)를 반복하여 적층한다. 제6단계(S60)는 상기 Mar-M247 소재의 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 제3단계(S30) 내지 제5단계(S50)를 반복하여 적층한다. Next, the sixth step (S60) is laminated by repeating the third step (S30) to the fifth step (S50). In the sixth step (S60), the third step (S30) to the fifth step (S50) are repeatedly laminated until the three-dimensional sculpture made of the Mar-M247 material is completed.

다음으로, 제7단계(S70)는 용체화 처리(solution heat treatment)한다. 상기 제7단계(S70)는 1,200 내지 1,300 ℃에서 1.5 내지 2.5 시간 동안 용체화 처리(solution heat treatment)한다. 상기 용체화 처리에서 1,200 ℃ 미만으로 수행하는 경우 석출상이 기지에 제대로 고용되지 않아 단상이 형성되지 않는다는 문제점이 발생하고, 1,300 ℃를 초과하여 수행하는 경우 합금이 융융하는 문제점이 발생하므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용체화 처리에서 1.5 시간 미만으로 수행하는 경우 온도가 낮은 것과 마찬가지로 석출상이 기지에 고용되지 않아 단상으로 만들지 못하는 문제점이 발생하고, 2.5 시간이면 충분히 고용을 시켜 단상을 형성하기 때문에 그 이상의 시간은 필요 없는 공정이다.Next, the seventh step (S70) is a solution heat treatment. The seventh step (S70) is a solution heat treatment at 1,200 to 1,300 ° C. for 1.5 to 2.5 hours. When the solution heat treatment is performed at less than 1,200 ° C, a problem occurs that the precipitated phase is not properly dissolved in the base and thus a single phase is not formed, and when the solution heat treatment is performed at a temperature exceeding 1,300 ° C, a problem occurs that the alloy melts, so it is performed under the above conditions It is desirable to do In addition, when the solution heat treatment is performed for less than 1.5 hours, a problem occurs that the precipitation phase is not dissolved in the base and cannot be made into a single phase, just as the temperature is low, and if it is 2.5 hours, it is sufficiently dissolved to form a single phase. is an unnecessary process.

다음으로, 제8단계(S80)는 1차 에이칭(aging) 처리한다. 상기 제8단계(S80)는 아래 두 방법으로 1차 에이징(aging)처리 될 수 있다. Next, in the eighth step (S80), a primary aging process is performed. The eighth step (S80) may be subjected to primary aging treatment in the following two methods.

첫 번째는 850 내지 900 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리하는 제8-1단계(S81)이다. 상기 제8-1단계(S81)는 850 내지 900 ℃에서 23 내지 25 시간 동안 수행한다. The first step is the 8-1st step (S81) of primary aging at 850 to 900 °C. The 8-1 step (S81) is performed at 850 to 900 ° C. for 23 to 25 hours.

두 번째는 950 내지 1,100 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리하는 제8-2단계(S82)이다. 상기 제8-2단계(S82)는 950 내지 1,100 ℃에서 4 내지 6 시간 동안 수행한다. The second is the 8-2 step (S82) of primary aging treatment at 950 to 1,100 ° C. The 8-2 step (S82) is performed at 950 to 1,100 ° C. for 4 to 6 hours.

상기 1차(aging)의 주목적은 적혀있는 것과 같이 기지(γ) 위의 석출상(γ’)의 균일도를 제어하기 위함이다. 이때 1차 에이징의 온도가 너무 낮을 경우 결정립계 또는 개재물 같이 불안정한 곳에서 석출물(γ’)이 형성이 되며, 결과적으로 전체적으로 불균일하게 석출상(γ’)이 형성된다. 온도가 너무 높으면 고용한도가 그만큼 높아져 석출상(γ’)이 다시 기지로 고용되어 석출상(γ’)의 분율이 낮아지는 문제점이 있다. 따라서 본 발명세서 상기와 같이 적절한 온도(균일한 석출상이 형성될 정도의 온도) 및 시간을 설정하여 1차 에이징(aging)을 실시하고, 인장강도 차이를 확인할 수 있다. 시간은 석출상(γ’)이 충분히 균일하게 석출될 수 있도록 하는 5시간 정도이며, 그 이상으로 하게 되면 결정립 및 석출상(γ’)이 조대화될 수 있는 문제가 있다.As stated above, the primary purpose of the aging is to control the uniformity of the precipitated phase (γ′) on the matrix (γ). At this time, if the temperature of the primary aging is too low, precipitates (γ') are formed in unstable places such as grain boundaries or inclusions, and as a result, precipitated phases (γ') are formed non-uniformly as a whole. If the temperature is too high, there is a problem in that the solid solution limit is increased by that much, and the precipitated phase (γ') is dissolved again as a matrix, and the fraction of the precipitated phase (γ') is lowered. Therefore, in the present invention, primary aging is performed by setting an appropriate temperature (a temperature enough to form a uniform precipitated phase) and time as described above, and the difference in tensile strength can be confirmed. The time is about 5 hours so that the precipitated phase (γ') can be precipitated sufficiently uniformly, and if more than that, there is a problem that the crystal grains and the precipitated phase (γ') can be coarsened.

다음으로, 제9단계(S90)는 2차 에이징(aging) 처리한다. 상기 제9단계(S90)는 상기 제8-2단계(S82)를 수행한 경우, 750 내지 800 ℃에서 2차 에이징(aging) 처리한다. 상기 제9단계(S90)는 750 내지 800 ℃에서 23 내지 25 시간 동안 수행한다. Next, in the ninth step (S90), secondary aging is performed. In the ninth step (S90), when the 8-2 step (S82) is performed, secondary aging is performed at 750 to 800 °C. The ninth step (S90) is performed at 750 to 800 ° C. for 23 to 25 hours.

상기 2차 에이징(aging)의 목적은 석출상(γ’)의 크기를 제어하기 위함이다. 온도가 너무 낮게 설정 할 경우 조대한 석출물이 형성될 우려가 있으며, 마찬가지로 너무 높을 경우에는 석출물이 다시 기지에 고용되어 석출상(γ’)의 분율이 낮아질 수 있는 문제점이 있다. 시간을 길게 했을 시 석출물 조대화 및 석출상이 조대해지는 문제점이 있기 때문에 적절한 시간(본 실험 에서의 24h)을 통해 석출물(γ’)형성이 중요하다. The purpose of the secondary aging is to control the size of the precipitated phase (γ'). If the temperature is set too low, there is a risk of forming coarse precipitates, and if the temperature is too high, there is a problem that the precipitates may be dissolved again in the matrix and the fraction of the precipitated phase (γ′) may be lowered. It is important to form precipitates (γ') through an appropriate time (24 h in this experiment) because there is a problem in that the precipitate coarsens and the precipitate phase becomes coarse when the time is prolonged.

본 발명인 Mar-M247 합금 적층 조형물은 앞서 기재된 열처리 공정조건 제어로 인해 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. The Mar-M247 alloy laminated body of the present invention is characterized in that it is manufactured by the Mar-M247 alloy laminated body manufacturing method having excellent tensile properties due to the heat treatment process condition control described above.

상기 Mar-M247 합금 적층 조형물은 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용하여 Mar-M247 합금분말을 제공하여 적층하되, 상기 Mar-M247 합금분말은 Carpenter 사의 CM247LC을 활용하여 제조한다. 또한, 상기 CM247LC 합금분말은 텅스텐(W): 9.5 중량%, 코발트(Co): 9.2 중량%, 크롬(Cr) 8.1 중량%, 알루미늄(Al) 5.6 중량%, 탄탈럼(Ta): 3.2 중량%, 하프늄(Hf): 1.4 중량%, 타이타늄(Ti): 0.7 중량%, 몰리브데넘(Mo): 0.5 중량%, 탄소(C): 0.075 중량%, 지르코늄(Zr): 0.015 중량%, 붕소(B): 0.015 중량% 및 잔부 Ni의 비율로 구성된다. The Mar-M247 alloy laminated sculpture is laminated by providing Mar-M247 alloy powder using a laser powder bed fusion (L-PBF), and the Mar-M247 alloy powder is manufactured using Carpenter's CM247LC do. In addition, the CM247LC alloy powder contains tungsten (W): 9.5 wt%, cobalt (Co): 9.2 wt%, chromium (Cr) 8.1 wt%, aluminum (Al) 5.6 wt%, tantalum (Ta): 3.2 wt% , Hafnium (Hf): 1.4% by weight, Titanium (Ti): 0.7% by weight, Molybdenum (Mo): 0.5% by weight, Carbon (C): 0.075% by weight, Zirconium (Zr): 0.015% by weight, Boron ( B): 0.015% by weight and the balance Ni.

상기 Mar-M247 합금 적층 조형물은 적층 제조 시 레이저 전력이 150 내지 170 (W)으로 제어하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 레이저 전력이 170 (W) 미만인 경우 에너지가 너무 낮아 적층 생성 시간이 너무 오래 걸리고 미용융 분말과 같은 적층 결함이 생성되어 적층 조형물의 인장강도가 너무 낮으며 충분한 에너지 밀도를 조사할 수 없기 때문에 결함이 발생하여 인장 특성이 저하되는 문제점이 발생하고, 상기 레이저 전력이 190 (W)를 초과한 경우 분말의 기화가 나타나며 적층 조형물이 물리적으로 변형될 우려가 있으므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. The Mar-M247 alloy laminate is characterized in that it is manufactured by controlling the laser power to 150 to 170 (W) during additive manufacturing. When the laser power is less than 170 (W), the energy is too low, so the stacking time is too long, and stacking defects such as unmelted powder are generated, so that the tensile strength of the stacked object is too low and sufficient energy density cannot be irradiated. This causes a problem of deterioration in tensile properties, and when the laser power exceeds 190 (W), powder vaporization occurs and there is a possibility that the laminated object may be physically deformed.

또한, 상기 Mar-M247 합금 적층 조형물은 적층 제조 시 스캔속도는 900 내지 1,100 (mm/s)로 설정하는 것을 특징으로 한다. 상기 스캔속도는 조형 가능한 범위 내에서 최대 스캔 속도로 설정하는 것으로, 상기 스캔속도가 900 (mm/s) 미만인 경우 스캔속도가 너무 낮아 적층 생성 시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 발생하고, 상기 스캔속도가 1,100 (mm/s)를 초과한 경우 분말에 가해지는 에너지의 양이 적어지게 되며 스캔 방향을 따라 적층 결함이 발생하므로 생성된 적층 조형물이 물리적으로 변형될 우려가 있으므로 상기 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the Mar-M247 alloy laminated body is characterized in that the scan speed is set to 900 to 1,100 (mm / s) during additive manufacturing. The scan speed is set to the maximum scan speed within a range that can be molded, and when the scan speed is less than 900 (mm/s), the scan speed is too low, causing a problem in that the laminate production time takes too long, and the scan speed is too low. If it exceeds 1,100 (mm/s), the amount of energy applied to the powder decreases, and stacking faults occur along the scan direction, so that the resulting laminated object may be physically deformed. Therefore, it is preferable to perform under the above conditions. .

레이저 전력이 높고, 스캔속도가 느릴 경우 분말에 과한 에너지가 조사되면서 분말이 기화되며 표면조도 및 물성을 저하시킬 위험이 있다. 반면에 레이저 전력이 낮고, 스캔속도가 빠를 경우에는 에너지가 조사되지 못하여 미용융 분말이 형성되며 적층결함이 나타나게 된다. 그러므로 생산성이 높은 조형체를 제조하기 위해서는 레이저 전력과 스캔속도가 높은 최적의 공정 조건을 설정해야 한다.When the laser power is high and the scan speed is slow, the powder is vaporized as excessive energy is irradiated, and there is a risk of deteriorating surface roughness and physical properties. On the other hand, when the laser power is low and the scan speed is high, energy is not irradiated and unmelted powder is formed, resulting in stacking defects. Therefore, in order to manufacture a molded body with high productivity, it is necessary to set optimal process conditions with high laser power and high scan speed.

생산성을 높이려면 더 높은 레이저 출력과 스캔 속도를 사용하여 에너지 밀도를 높여야 한다. 1980년대 이후 레이저 출력과 스캔 속도는 일반적으로 작동 안정성과 장비의 사양 제한으로 인해 각각 200 (W) 및 1200 (mm/s) 미만으로 제한되었다. 도 2과 같이, 본 발명의 레이저 출력과 스캔 속도 조건에서 다양한 공정 변수를 제어하여 적절한 기계적 물성을 얻기 위한 노력이 이루어졌다. Higher productivity requires higher energy densities using higher laser powers and scan speeds. Since the 1980s, laser power and scan speed have generally been limited to less than 200 (W) and 1200 (mm/s), respectively, due to operational stability and limited specifications of equipment. As shown in FIG. 2, efforts have been made to obtain appropriate mechanical properties by controlling various process variables under the laser power and scan speed conditions of the present invention.

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF) 공정의 생산성을 나타내는 대표적인 지표인 Build rate(VB)는 다음 식 (1)에 의해 결정된다.Build rate (VB), which is a representative indicator of the productivity of the laser powder bed fusion (L-PBF) process, is determined by the following equation (1).

VB = VS*?*Δy*?*Δz (1)VB = VS*?*Δy*?*Δz (1)

(여기서, VS는 스캔 속도, Δy는 해칭 공간(hatching space)의 증가, Δz는 레이어 높이의 증가 임)(Where VS is the scan speed, Δy is the increase in hatching space, and Δz is the increase in layer height)

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF) 부품의 생산성은 공정 파라미터의 제어에 따라 체적 영향을 받으며, 스캔속도는 생산성 향상을 위한 가장 중요한 파라미터이다. The productivity of laser powder bed fusion (L-PBF) parts is affected by volume according to the control of process parameters, and the scan speed is the most important parameter for improving productivity.

상기 Mar-M247 합금 적층 조형물은 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층 후, 용체화 처리(solution heat treatment) 및 에이징 처리를 순차적으로 실시하여 제조되는 것을 특징으로 한다. The Mar-M247 alloy laminated body is characterized in that it is manufactured by sequentially performing solution heat treatment and aging treatment after lamination using Laser Powder Bed Fusion (L-PBF).

상기 에이징 처리는 850 내지 900 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리하거나, 950 내지 1,100 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리 후 750 내지 800 ℃에서 2차 에이징(aging) 처리하는 것을 특징으로 한다. The aging treatment is characterized in that the first aging treatment at 850 to 900 ° C., or the second aging treatment at 750 to 800 ° C. after the first aging treatment at 950 to 1,100 ° C.

상기 1차 에이징(aging) 처리를 통해 1 ㎛ 이하의 γ’상이 균일하게 분포하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that the γ' phase of 1 μm or less is uniformly distributed through the primary aging treatment.

상기 2차 에이징(aging) 처리는 1 ㎛ 이하의 γ’상을 석출시키는 것을 특징으로 한다.The secondary aging treatment is characterized by precipitating a γ′ phase of 1 μm or less.

본 발명인 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물은 인장강도(tensile strength)가 1,300 MPa 인 것을 특징으로 한다.The Mar-M247 alloy laminated body having excellent tensile properties according to the present invention is characterized by having a tensile strength of 1,300 MPa.

또한, 항복강도(yield strength)가 1,280 MPa 인 것을 특징으로 한다. In addition, it is characterized in that the yield strength (yield strength) is 1,280 MPa.

또한, 연신율(elongation)이 8% 이상 인 것을 특징으로 한다. In addition, it is characterized in that the elongation (elongation) is 8% or more.

아래는 상기 기재된 방법에 의해 제조된 Mar-M247 합금 적층 조형물을 이용하여 인장강도, 항복강도 및 연신율을 측정하였다. 이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균 적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Tensile strength, yield strength and elongation were measured using the Mar-M247 alloy laminated body manufactured by the method described below. Hereinafter, examples will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the following examples are merely illustrative of the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실시예Example

가스 분사법을 통해 제조한 Mar-M247 합금 분말을 레이저 분말소결방식 (Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 방식으로 적층 제조하였다. 공정 변수 중 레이저 출력 160 (W) 및 스캐닝 속도 800 (mm/s)로 시편을 제조하였다.The Mar-M247 alloy powder prepared through the gas injection method was laminated and manufactured using a laser powder bed fusion (L-PBF) method. Specimens were prepared with a laser power of 160 (W) and a scanning speed of 800 (mm/s) among process parameters.

이후, 아래의 조건으로 각 시편을 제조하였다. 각 시편은 단상을 형성하기 위해 모든 시편에 대해 동일하게 용체화 처리(solution heat treatment)를 1,250 ℃의 온도로 2시간 동안 수행하였다. 또한, 석출 강화 효과를 얻기 위해 1차 에이징 처리(One-step aging treatment) 및 2차 에이징 처리(Two-step aging treatment)를 아래 표 1에 나타난 바와 같이 실시하였다. Then, each specimen was prepared under the following conditions. Each specimen was subjected to the same solution heat treatment for 2 hours at a temperature of 1,250 °C for all specimens to form a single phase. In addition, in order to obtain a precipitation strengthening effect, a one-step aging treatment and a two-step aging treatment were performed as shown in Table 1 below.

samplesample 용체화 처리solution heat treatment
(solution heat treatment)(solution heat treatment)
1차 에이징1st aging
(One-step aging treatment)(One-step aging treatment)
2차 에이징2nd aging
(Two-step aging treatment)(Two-step aging treatment)
S8S8 1,250 °C (2h)1,250 °C (2h) 870 °C (24h)870 °C (24h) -- T9-7T9-7 1,250 °C (2h)1,250 °C (2h) 980 °C (5h)980 °C (5h) 770 °C (24h)770°C (24h) T9-8T9-8 1,250 °C (2h)1,250 °C (2h) 980 °C (5h)980 °C (5h) 870 °C (24h)870 °C (24h) T9-9T9-9 1,250 °C (2h)1,250 °C (2h) 980 °C (5h)980 °C (5h) 970 °C (24h)970°C (24h) T10-8T10-8 1,250 °C (2h)1,250 °C (2h) 1080 °C (5h)1080 °C (5h) 870 °C (24h)870 °C (24h) T10-9T10-9 1,250 °C (2h)1,250 °C (2h) 1080 °C (5h)1080 °C (5h) 970 °C (24h)970°C (24h)

비교예comparative example

가스 분사법을 통해 제조한 Mar-M247 합금 분말을 레이저 분말소결방식 (Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 방식으로 적층 제조하였다. 다만, 아래 표 2의 공정 조건과 같이 용체화 처리(solution heat treatment)를 1차 에이징 처리(One-step aging treatment) 및 2차 에이징 처리(Two-step aging treatment)를 본 발명 조건과 달리하여 수행하였다. The Mar-M247 alloy powder prepared through the gas injection method was laminated and manufactured using a laser powder bed fusion (L-PBF) method. However, as shown in the process conditions in Table 2 below, the solution heat treatment is performed differently from the conditions of the present invention for one-step aging treatment and two-step aging treatment. did

samplesample 열간압연hot rolled
(heated rolling)(heated rolling)
용체화 처리solution heat treatment
(solution heat treatment)(solution heat treatment)
열처리heat treatment
비교예 1Comparative Example 1 1,150°C (3회)1,150°C (3 times) 1,175 °C (15분)1,175 °C (15 minutes) -- 비교예 2Comparative Example 2 1,150°C (3회)1,150°C (3 times) 1,175 °C (15분)1,175 °C (15 minutes) 1,000 ℃ (1 시간)1,000 ℃ (1 hour)

실험예Experimental example

(1) 인장강도(1) Tensile strength

실시예 및 비교예에서 시편의 인장특성을 평가하기 위하여 상온에서 10-3 /s의 변형률 속도로 인장시험을 수행하였다. 인장시편은 ASTM E8/E8M에 따라 표점 거리 (gauge length) 6.4 mm, 직경 (gauge diameter) 2.5 ㎜ 크기로 제작하였다. In order to evaluate the tensile properties of the specimens in Examples and Comparative Examples, a tensile test was performed at room temperature at a strain rate of 10 -3 /s. Tensile specimens were manufactured according to ASTM E8/E8M with a gauge length of 6.4 mm and a gauge diameter of 2.5 mm.

(2) 항복강도(2) yield strength

인장시험을 실시한 후 변형률이 0인 점에서 탄성영역의 직선을 0.2% offset하여 활용하여 항복강도를 측정하였다. After conducting the tensile test, the yield strength was measured by using a straight line in the elastic region with a 0.2% offset at the point where the strain is zero.

(3) 연신율(3) Elongation

응력-변형률 곡선의 파단점과 탄성영역의 기울기와 동일한 기울기를 갖는 직선을 교차시켰을 때 직선의 x절편 (y=0) 값이 연신율이다.When the break point of the stress-strain curve and a straight line with the same slope as the slope of the elastic region intersect, the value of the x-intercept (y=0) of the straight line is the elongation.

실시예와 비교예를 통해 제조된 시편으로 실시한 인장강도, 항복강도 및 연신율 결과를 표 3에 나타내었다. Table 3 shows the tensile strength, yield strength and elongation results obtained with the specimens prepared in Examples and Comparative Examples.

samplesample Yield Strength (MPa)Yield Strength (MPa) Tensile Strength (MPa)Tensile Strength (MPa) Elongation (%)Elongation (%) Testing temp.(℃)Testing temp.(℃) S8S8 971971 12801280 88 2525 T9-7T9-7 956956 12601260 88 2525 T9-8T9-8 902902 11941194 1010 2525 T9-9T9-9 916916 12681268 1212 2525 T10-8T10-8 849849 10891089 88 2525 T10-9T10-9 10241024 10231023 99 2525 비교예 1Comparative Example 1 352352 825825 7575 2525 비교예 2Comparative Example 2 352352 843843 5959 2525

비교예 실험은 적층제조 방식으로 초내열합금을 제조 한 것이 아니며, 열처리방식도 다르다. 본 발명의 실시예는 1차/2차 에이징(aging) 시간 및 온도 조절을 통해 석출상을 제어한 것이다.In the comparative example experiment, the superalloy was not manufactured by the additive manufacturing method, and the heat treatment method was also different. In an embodiment of the present invention, the precipitated phase is controlled by controlling the first/second aging time and temperature.

비교예 1 실험은 주조 후 1,050 내지 1,150 °C에서 3회에 걸친 50% 열간압연을 하고, 1,175 °C에서 용체화 처리를 한 후 급속히 수냉하여 초내열합금을 제조하였다. 비교예 2 실험은 비교예 1에서 제조된 합금에서 1,000 °C에서 1시간 동안 열처리하는 단계를 더 수행하였다. In the experiment of Comparative Example 1, after casting, 50% hot rolling was performed three times at 1,050 to 1,150 °C, and solution treatment was performed at 1,175 °C, followed by rapid water cooling to prepare a superheat resistant alloy. Comparative Example 2 The alloy prepared in Comparative Example 1 was further subjected to heat treatment at 1,000 °C for 1 hour.

같은 초내열 합금이라 해도 상온에서 인장강도 및 항복강도가 높은 초내열합금을 1차/2차 에이징(aging) 시간 및 온도 제어를 통해 제작할 수 있음을 보여주기 위한 비교예이다. This is a comparative example to show that even the same superalloy has high tensile strength and yield strength at room temperature by controlling the first/secondary aging time and temperature.

실시예를 통해 적층되어 제조된 Mar-M247 합금 적층 조성물을 여섯 개의 다른 열처리 공정(S8 ~ T10-9)을 통해 γ‘상의 균일한 석출상을 제어하였다. 단상을 형성하기 위해 모든 시편에 대해 동일하게 용체화처리를 1250 °C (2h)으로 진행하였고, 석출 강화 효과를 얻기 위해 One step/ Two step aging을 진행하였다. The uniform precipitated phase of the γ 'phase was controlled through six different heat treatment processes (S8 to T10-9) of the Mar-M247 alloy laminated composition prepared by laminating through the examples. To form a single phase, solution heat treatment was performed at 1250 °C (2h) in the same way for all specimens, and one step/two step aging was performed to obtain a precipitation strengthening effect.

One step aging(870 °C ~ 1080 °C)은 높은 온도에서 진행되기 때문에, 도 4에 나타난 바와 같이, 1 μm 이하의 균일한 γ' 석출상이 분포됨을 확인하였다. 이는 탄화물의 형태와 결정립계에서의 분포를 개선하였다. Since one step aging (870 °C to 1080 °C) proceeds at a high temperature, as shown in FIG. 4, it was confirmed that a uniform γ' precipitate phase of 1 μm or less was distributed. This improved the morphology of carbides and their distribution at grain boundaries.

또한, Two step aging(780 °C ~ 970 °C) 에서는 약 1 μm 크기의 γ'상을 석출시키고 일반적으로 인장강도에 기여하였다. 즉, Two step aging의 온도가 높을수록 더욱 미세한 γ'상을 석출시켰다. In addition, in the two-step aging (780 °C ~ 970 °C), a γ' phase of about 1 μm in size was precipitated and generally contributed to the tensile strength. That is, the higher the temperature of the two step aging, the finer γ' phase was precipitated.

One step/ Two step aging을 통해 작고 균일한 입방정 형상의 γ' 석출상을 형성하여, 도 4에 나타난 바와 같이, 약 1,300 MP의 인장특성을 갖는 Mar-M 247을 제조함을 알 수 있다. It can be seen that Mar-M 247 having a tensile property of about 1,300 MP is manufactured as shown in FIG. 4 by forming a small and uniform cubic γ' precipitated phase through one step/two step aging.

종래의 경우, Mar-M247 합금의 제조를 위해 주조를 통해 우수한 물성을 획득하였으나, 복잡한 형상의 부품을 제조할 수 없는 단점이 있다. 따라서 본 발명은 초내열함금인 Mar-M247 적층 조형물을 획득하기 위한 최적의 공정인 레이저 전력 및 스캔속도를 제시하고, γ‘ 석출상을 제어할 수 있는 열처리 조건을 제공하였다. In the conventional case, excellent physical properties were obtained through casting for the manufacture of Mar-M247 alloy, but there is a disadvantage in that parts of complex shapes cannot be manufactured. Therefore, the present invention suggests laser power and scan speed, which are the optimal processes for obtaining a super heat-resistant alloy, Mar-M247 laminated body, and provides heat treatment conditions capable of controlling the γ' precipitated phase.

본 발명에 따라 열처리 공정을 통해 획득된 인장강도는 1,300 MPa로서, 종래의 기술에 비해 450 내지 540 MPa의 인장강도를 가지는 초내열 합금을 제조할 수 있다. According to the present invention, the tensile strength obtained through the heat treatment process is 1,300 MPa, and it is possible to manufacture a superheat-resistant alloy having a tensile strength of 450 to 540 MPa compared to the prior art.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 복잡한 형상의 부품을 제조할 수 있는 우수한 물성을 가진 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제조할 수 있다. By means of solving the above problems, the present invention can manufacture a Mar-M247 laminated body, which is a heat-resistant superalloy having excellent physical properties capable of manufacturing complex-shaped parts.

또한, 본 발명은 열처리 공정을 제어하여 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물의 γ‘상 석출상의 크기 및 형상을 제어할 수 있다. In addition, the present invention can control the size and shape of the γ 'phase precipitate phase of the superheat-resistant alloy Mar-M247 laminated body by controlling the heat treatment process.

또한, 본 발명은 열처리 공정을 제어하여 인장강도가 매우 우수한 초내열합금인 Mar-M247 적층 조형물을 제조할 수 있다.In addition, the present invention can manufacture a Mar-M247 laminated structure, which is a super-heat-resistant alloy having very excellent tensile strength, by controlling the heat treatment process.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, it will be understood that the technical configuration of the present invention described above can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modified forms derived from equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

S10. Mar-M247 합금분말을 제공하는 제1단계
S20. 공정변수를 설정하는 제2단계
S30. 상기 Mar-M247 합금분말을 공급하는 제3단계
S40. 상기 Mar-M247 합금분말을 용융시키는 제4단계
S50. Mar-M247 소재의 하나의 레이어를 형성하는 제5단계
S60. 상기 제3단계 내지 제5단계를 반복하여 적층하는 제6단계
S70. 용체화 처리(solution heat treatment)하는 제7단계
S80. 1차 에이징 처리하는 제8단계
S81. 850 내지 900 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리하는 제8-1단계
S82. 950 내지 1,100 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리하는 제8-2단계
S90. 2차 에이징(aging) 처리하는 제9단계
S10. The first step to provide Mar-M247 alloy powder
S20. 2nd step to set process parameters
S30. The third step of supplying the Mar-M247 alloy powder
S40. The fourth step of melting the Mar-M247 alloy powder
S50. The 5th step of forming one layer of Mar-M247 material
S60. 6th step of laminating by repeating the 3rd to 5th steps
S70. 7th step of solution heat treatment
S80. 8th step of primary aging treatment
S81. Step 8-1 of primary aging treatment at 850 to 900 ° C.
S82. Step 8-2 of primary aging treatment at 950 to 1,100 ° C.
S90. 9th step of secondary aging

Claims (14)

레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층 가공 방법에 있어서,
가스분사법으로 제조된 Mar-M247 합금분말을 제공하는 제1단계;
레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 위한 공정변수를 설정하는 제2단계;
상기 Mar-M247 합금분말을 공급하는 제3단계;
조형광원을 선택적으로 조사하여 상기 Mar-M247 합금분말을 용융시키는 제4단계;
상기 용융된 Mar-M247 합금분말을 이용하여, Mar-M247 소재의 하나의 레이어를 형성하는 제5단계;
상기 Mar-M247 소재의 입체 조형물이 완성될 때까지 상기 제3단계 내지 제5단계를 반복하여 적층하는 제6단계;
1,200 내지 1,300 ℃에서 2시간 동안 용체화 처리(solution heat treatment)하는 제7단계;
850 내지 900 ℃에서 23 내지 25 시간 동안 1차 에이징(aging) 처리하는 제8-1단계;
950 내지 1,100 ℃에서 4 내지 6 시간 동안 1차 에이징(aging) 처리하는 제8-2단계; 및
750 내지 800 ℃에서 23 내지 25시간 동안 2차 에이징(aging) 처리하는 제9단계;를 포함하여 이루어지고,
상기 제1단계에서 Mar-M247 합금분말은 입도 15 내지 45 ㎛의 입도로 제조하고,
상기 제2단계의 공정변수는 170 내지 190 (W)의 레이저 전력으로 설정하고,
상기 제2단계의 공정변수는 900 내지 1,100 mm/s의 스캔속도로 설정하고,
레이저가 이동하는 레이저 스캔 경로 사이의 간격인 해칭 공간(hatching space)을 130 내지 170 ㎛이고,
레이어 두께(layer thickness)를 30 내지 40 ㎛로 설정하고,
상기 제4단계의 조형광원은 불활성기체 분위기인 아르곤(Ar) 가스에서, 산소농도 100ppm 이하를 유지한 상태에서 실시하고,
상기 Mar-M247 합금분말은 텅스텐(W): 9.5 중량%, 코발트(Co): 9.2 중량%, 크롬(Cr) 8.1 중량%, 알루미늄(Al) 5.6 중량%, 탄탈럼(Ta): 3.2 중량%, 하프늄(Hf): 1.4 중량%, 타이타늄(Ti): 0.7 중량%, 몰리브데넘(Mo): 0.5 중량%, 탄소(C): 0.075 중량%, 지르코늄(Zr): 0.015 중량%, 붕소(B): 0.015 중량% 및 잔부 Ni의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물 제조방법.
In the additive manufacturing method using Laser Powder Bed Fusion (L-PBF),
A first step of providing Mar-M247 alloy powder produced by a gas injection method;
A second step of setting process parameters for laser powder bed fusion (L-PBF);
A third step of supplying the Mar-M247 alloy powder;
A fourth step of selectively irradiating a molding light source to melt the Mar-M247 alloy powder;
A fifth step of forming one layer of Mar-M247 material using the molten Mar-M247 alloy powder;
A sixth step of repeating and stacking the third to fifth steps until the three-dimensional sculpture of the Mar-M247 material is completed;
A seventh step of solution heat treatment at 1,200 to 1,300 ° C. for 2 hours;
An 8-1 step of primary aging treatment at 850 to 900 ° C. for 23 to 25 hours;
An 8-2 step of primary aging treatment at 950 to 1,100 ° C. for 4 to 6 hours; and
A ninth step of secondary aging treatment at 750 to 800 ° C. for 23 to 25 hours;
In the first step, the Mar-M247 alloy powder is prepared with a particle size of 15 to 45 μm,
The process variable in the second step is set to a laser power of 170 to 190 (W),
The process variable in the second step is set to a scan speed of 900 to 1,100 mm/s,
The hatching space, which is the interval between the laser scan paths through which the laser moves, is 130 to 170 μm,
Set the layer thickness to 30 to 40 μm,
The modeling light source in the fourth step is carried out in an argon (Ar) gas, which is an inert gas atmosphere, while maintaining an oxygen concentration of 100 ppm or less,
The Mar-M247 alloy powder contains tungsten (W): 9.5 wt%, cobalt (Co): 9.2 wt%, chromium (Cr) 8.1 wt%, aluminum (Al) 5.6 wt%, tantalum (Ta): 3.2 wt% , Hafnium (Hf): 1.4% by weight, Titanium (Ti): 0.7% by weight, Molybdenum (Mo): 0.5% by weight, Carbon (C): 0.075% by weight, Zirconium (Zr): 0.015% by weight, Boron ( B): A method for manufacturing a Mar-M247 alloy laminated molding having excellent tensile properties, characterized in that it is composed of 0.015% by weight and the balance Ni.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 상기 제1항에 의한 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층 후,
용체화 처리(solution heat treatment) 및 에이징 처리를 순차적으로 실시하여 제조하되,
상기 에이징 처리는,
850 내지 900 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리하거나,
950 내지 1,100 ℃에서 1차 에이징(aging) 처리 후 750 내지 800 ℃에서 2차 에이징(aging) 처리하고,
상기 1차 에이징(aging) 처리는 1 ㎛ 이하의 γ’상이 균일하게 분포하고,
상기 2차 에이징(aging) 처리는 1 ㎛ 이하의 γ’상을 석출시키고,
인장강도가 1,300 MPa 이며,
항복강도가 1,280 MPa 이고,
연신율이 8% 이상으로 제조하되,
상기 레이저 분말소결방식(Laser Powder Bed Fusion, L-PBF)을 이용한 적층에서
레이저가 이동하는 레이저 스캔 경로 사이의 간격인 해칭 공간(hatching space)을 130 내지 170 ㎛ 이고,
레이어 두께(layer thickness)를 30 내지 40 ㎛로 설정하고,
Mar-M247 합금분말은 텅스텐(W): 9.5 중량%, 코발트(Co): 9.2 중량%, 크롬(Cr) 8.1 중량%, 알루미늄(Al) 5.6 중량%, 탄탈럼(Ta): 3.2 중량%, 하프늄(Hf): 1.4 중량%, 타이타늄(Ti): 0.7 중량%, 몰리브데넘(Mo): 0.5 중량%, 탄소(C): 0.075 중량%, 지르코늄(Zr): 0.015 중량%, 붕소(B): 0.015 중량% 및 잔부 Ni의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 우수한 인장특성을 갖는 Mar-M247 합금 적층 조형물.
After lamination using the laser powder bed fusion (L-PBF) method according to claim 1,
It is prepared by sequentially performing solution heat treatment and aging treatment,
The aging treatment,
Primary aging treatment at 850 to 900 ° C., or
After primary aging treatment at 950 to 1,100 ° C., secondary aging treatment at 750 to 800 ° C.,
In the first aging treatment, the γ' phase of 1 μm or less is uniformly distributed,
The secondary aging treatment precipitates a γ' phase of 1 μm or less,
Tensile strength is 1,300 MPa,
The yield strength is 1,280 MPa,
Manufactured with an elongation of 8% or more,
In the lamination using the laser powder bed fusion (L-PBF)
The hatching space, which is the interval between the laser scan paths through which the laser moves, is 130 to 170 μm,
Set the layer thickness to 30 to 40 μm ,
Mar-M247 alloy powder contains tungsten (W): 9.5 wt%, cobalt (Co): 9.2 wt%, chromium (Cr) 8.1 wt%, aluminum (Al) 5.6 wt%, tantalum (Ta): 3.2 wt%, Hafnium (Hf): 1.4 wt%, Titanium (Ti): 0.7 wt%, Molybdenum (Mo): 0.5 wt%, Carbon (C): 0.075 wt%, Zirconium (Zr): 0.015 wt%, Boron (B ): Mar-M247 alloy laminated body with excellent tensile properties, characterized in that it consists of 0.015% by weight and the balance Ni.
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