欠陥のない付加部品を実現！ Quintus が F357 アルミニウム合金 3D プリント部品の新しい熱処理プロセスを開発

F357 などのアルミニウム合金材料は、収縮率が低く凝固温度範囲が狭いため、積層造形構造部品の製造によく使用されます。これらの材料は、特に大型部品においては、チタンに代わる実用的な低コストの代替品として使用できます。ただし、F357 の粉末床融合 3D 印刷では、溶解ガス (水素またはアルゴン) の存在など、水ぶくれや表面品質の低下につながる可能性があるいくつかの課題が生じる可能性があります。
2023年4月9日、アンタークティックベアは、クインタステクノロジーズ、SLMソリューションズ、アリゾナ大学の研究者が新たな研究で、新しい均一急速焼入れ（URQ）-熱間静水圧プレス（HIP）技術の使用により、欠陥のないF357部品を製造でき、部品の極限強度と降伏強度がMMPDS鋳造部品を上回り、幾何学的変形が小さいことを発見したことを知りました。

完全な研究レポートのホワイトペーパーは、こちらからご覧いただけます: https://quintustechnologies.com/knowledge-center/whitepaper-uniform-rapid-quench-of-additively-manufactured-aluminum-alloys/
熱間等方圧加圧法 (HIP) は、金属部品の多孔性を低減するために多くの工業製造プロセスで使用されています。このプロセスでは、炉、鋳造部品、または焼結部品内の圧縮粉末パッケージを高圧 (100 ～ 200 MPa) および 900 ～ 1250°C の温度条件にさらすことで、緻密化を実現します。鋼鉄と高温合金は、2 つの代表的な材料です。ガス圧力は炉のコンポーネントに全方向に均等に作用し、等方性特性と 100% の密度を実現します。
△ F357規格 320mm垂直試験棒構造
F357 HIP プロセスは通常、500°C を超える温度と 75 ～ 150 MPa のアルゴン圧力で実行されます。アルミニウム合金の密度を高める利点に加えて、多孔性を低減し、疲労、靭性、延性を全体的に高める効果もあります。必要な機械的特性を得るために、HIP 処理後に溶体化処理と人工時効処理からなる標準的な T6 焼戻し熱処理が適用されますが、大気圧下で別途 540°C の溶体化熱処理を実施すると、HIP サイクル中に閉じていた気孔が T6 中に開いて大きくなるリスクがあります。
HIP 後の気孔内に残る高圧は、アルミニウム格子内の水素またはアルゴンの拡散率が低いことと、高温での合金の変形に対する抵抗が低いことが原因で、T6 焼戻しによって気孔が拡大したためと考えられます。ブリスターや TIP を回避するために、高圧処理装置の設計を専門とする Quintus Technologies 社は、標準的な HIP サイクルと溶解熱処理を 2 つの別々のプロセスとして置き換える代替アプローチを開発しました。新しい均一急速焼入れ (URQ) HIP 炉では、溶体化熱処理と HIP プロセスを組み合わせることで、HPHT (高圧熱処理) が可能になります。 URQ システムでは、HIP と T6 溶体化熱処理を組み合わせることで、その後のエージングプロセス中に適切な析出硬化相を形成できると同時に、気孔が再び開く可能性も低減します。
アリゾナ大学、SLM ソリューションズ、Quintus Technologies は、HIP-URQ 炉でのレーザー粉末床溶融結合 (PBF-LB) による高強度アルミニウム合金 F357 に対する HPHT の効果を評価するケーススタディを実施しました。この研究では、この新しい HIP 法を使用して処理した後の部品の密度、微細構造、機械的特性、変形を評価しました。実験設計材料は、エアロゾル化された F357 粉末を使用して、SLM Solutions の SLM 280 PBF-LB 3D プリンターで印刷されました。
△ URQ機能を備えた最新のQuintus HIP QIH48熱処理炉<br /> 結果は、堅牢な後処理アプローチにより、熱誘起の多孔性と変形を回避しながら、優れた引張特性を提供できることを示しています。この研究では、Quintus URQ プロセスを使用した F357 アルミニウムの後処理が、高品質の積層造形アルミニウム部品を製造するための有望なアプローチであることが示されています。 HPHT プロセスの利点は次のとおりです。