Ti6Al4V 합금 레이저 적층 제조 시 가스 냉각의 열 거동 및 미세조직 제어

동시 가스 냉각 보조 레이저 지향성 에너지 증착(L-DED)은 Ti6Al4V 합금의 미세조직을 현장에서 능동적으로 조절하는 새로운 방법입니다. 본 연구는 다양한 가스 냉각 유량이 L-DED로 제작된 Ti6Al4V 합금의 결정립 진화 및 상 구조 특성에 미치는 영향을 체계적으로 조사하고, 수치 시뮬레이션을 통해 열 거동 메커니즘을 규명했습니다. 가스 냉각 유량이 증가함에 따라 α′상은 침상 형태에서 판상 형태로 점진적으로 변화하며, 종횡비가 크게 감소하고 크기 균일성이 향상되었습니다. β 결정립 진화 측면에서는 가스 냉각 유량 증가가 주상정에서 등축정으로의 전이를 억제하고 주상정 성장을 촉진하며, 집합조직 강도를 현저히 감소시키고 전위 밀도를 증가시켰습니다. 그러나 β 결정립 크기는 처음에는 감소하다가 증가하는 경향을 보였습니다. 온도장 분석 결과, 냉각 제트는 강제 대류 열전달을 통해 현저한 히트 싱크 효과를 유도하여, 냉각 제트 작용 영역에서는 온도가 낮고 양쪽 측면에서는 온도가 높은 독특한 온도장을 형성했습니다. 가스 냉각 유량 증가는 용융 풀의 최고 온도를 낮출 뿐만 아니라 응고 계면의 온도 구배와 냉각 속도를 증가시켜 열영향부 및 상변태 영역을 효과적으로 좁혔습니다. 또한, 냉각 제트 중심 후방의 온도장 균일성을 개선하는 효과도 확인되었습니다. 이러한 결과는 L-DED 공정에서 가스 냉각 전략을 활용하여 Ti6Al4V 합금의 미세조직과 기계적 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 가능성을 제시합니다.