다른 성형 공정과 비교한 MIM 316L 스테인리스강 기계적 특성

2023년 7월 4일

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316L 스테인리스강은 우수한 내식성, 용접성 및 우수한 기계적 특성으로 인해 금속 사출 성형에서 가장 일반적으로 사용되는 합금 중 하나입니다. 일반적인 응용 분야는 시계 케이스, 안경테 부품, 자동차 부품, 전자 제품, 치과 및 의료 기기와 같은 소비자 제품으로 구성됩니다. MIM 316L 스테인리스강은 지난 10년 동안 연평균 약 14%의 성장률을 보인 글로벌 MIM 산업의 성장에 크게 기여했다고 합니다.

그러나 MIM 기술은 기계 가공, 인베스트먼트 주조 및 다이 캐스팅과 같은 다른 성형 공정에 비해 가공 시 재료 낭비를 최소화하면서 형상 복잡성을 달성한다는 점에서 장점이 있지만 MIM 316L 스테인레스 강의 기계적 특성은 최적화에 크게 좌우됩니다. MIM 프로세스. 특히, MIM 316L 스테인리스 강의 기계적 특성은 소결 부품에서 달성되는 최종 밀도 및 입자 크기에 크게 의존하며 MIM 공정 중에 발생하는 결함은 최종 특성에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.

피로 강도를 포함한 기계적 특성에 대한 이해를 높이기 위해 충북대학교(청주)와 한국생산기술연구원(KITECH) 산업자재 가공 연구개발부에서 연구가 진행되었습니다. , MIM 316L 스테인레스 스틸로 제작되었습니다. 연구의 목적은 MIM 316L 스테인리스강을 농업 기계와 같이 더 높은 강도의 부품이 필요한 응용 분야에 사용할 수 있도록 하는 것이었습니다. 본 연구 결과는 황이스, 소티, 이DH, 신승현 저자가 참여하여 Materials(머티리얼즈) 2023년 3월 7일자 16권, 2144, 12pp에 게재되었습니다.

저자는 15개의 테스트 바가 물 분무 등급 분말을 기반으로 한 316L 스테인레스 스틸 공급 원료로 사출 성형되었으며, 테스트 바가 900°C에서 1시간 동안 수소에서 탈착된 후 진공 하에서 1320°C에서 2시간 동안 소결되었다고 밝혔습니다. 그런 다음 소결된 MIM 316L 테스트 바의 기계적 특성을 316L 냉간 압연 부품 및 열간 압연 또는 PBF-LB 적층 가공으로 만든 일부 316L 부품과 비교했습니다. 저자들은 주사전자현미경(SEM)을 통해 소결된 316L 시험편의 미세구조를 분석하고, Intercept 방법과 EBSD 계산을 이용하여 결정립 크기를 분석하였다. 그림 1(a)는 MIM 공정으로 제작된 316L 시편을 보여준다.

아르키메데스 원리를 사용하여 측정한 MIM 316L 시험편의 소결에서 얻은 평균 밀도는 7.56g/cm3, 즉 이론치의 94.62%였습니다. 저자는 MIM 공정에서 달성되는 밀도가 316L 공급원료의 바인더 조성 조건과 탈지 및 소결 공정에 의해 크게 영향을 받으며, 냉간 압연 공정에 비해 낮은 소결 밀도로 인해 MIM 316L 부품을 배치할 수 있다고 제안했습니다. 기계적 성질 면에서 불리하다. 그림 1(b)는 밀도 측정에 사용된 전자 밀도계(md-200s)를 보여준다.

소결된 MIM 316L 시편의 인장 시험(UTS)을 수행하여 각각 3개의 시편에 대해 5mm/min의 일정한 속도로 파손되었습니다. 피로 시험은 0.1의 응력비에서 수행되었으며 그림 1(c)에 표시된 서보 유압식 피로 시험 시스템을 사용하여 완전히 역전된 반복 응력에서 수행되었습니다. 피로시험의 최대응력은 인장시험에서 얻은 UTS를 기준으로 설정하였다. 이러한 응력은 80%(432MPa)로 설정되었으며 55%(297MPa)까지 증가합니다. 본 연구에서는 하중주기 횟수가 106회를 초과할 때 적용되는 응력값으로 피로한도를 결정하였다.

테스트된 MIM 316L 샘플 중 3개에서 얻은 평균 UTS 값은 539MPa였습니다(그림 2). 이는 냉간압연된 316L 시편의 인장강도(620~795MPa)보다 낮고, 열간압연된 시편(580MPa)보다도 낮은 수치이다. 저자는 MIM 316L의 기계적 특성 감소의 주요 원인으로 두 가지 메커니즘을 확인했습니다. 소결된 시편에 기공이 존재하는 이유는 (1) 응력이 가해지는 영역의 감소와 (2) 다각형 기공으로 인해 노치 효과가 발생하여 잠재적으로 조기 재료 파손이 발생할 수 있습니다.