적층 제조(3D 프린팅)용 하스텔로이 X 분말
하스텔로이 X 분말은 니켈 기반 초합금 분말로, 고온 강도가 뛰어나고 산화 및 내식성이 뛰어난 특성을 가지고 있습니다.
| 금속분말 | 크기 | 수량 | 가격/kg |
| 하스텔로이 X | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
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목차
하스텔로이 X 파우더 개요
하스텔로이 X 분말은 니켈 기반의 초합금 분말로 고온 강도가 뛰어나고 산화 및 내식성이 뛰어난 특성을 지니고 있습니다. 최대 1150°C까지 기계적 특성을 유지하므로 항공우주 엔진, 산업용 가스 터빈, 화학 처리 및 용융 금속 취급의 핵심 부품에 적합합니다.
하스텔로이 X 분말은 레이저 분말 베드 용융(LPBF) 및 전자빔 분말 베드 용융(EBM)과 같은 분말 베드 용융 적층 제조 공정을 통해 이 고성능 합금으로 부품을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 기존 주조 및 기계 가공의 제약 없이 복잡한 형상을 CAD 데이터에서 직접 프린팅할 수 있습니다.
기존 니켈 초합금에 비해 하스텔로이 X는 코발트 및 몰리브덴과 같은 다른 원소를 전략적으로 첨가하여 크리프 파열 강도가 우수합니다. 또한 산화, 환원 및 중성 대기에서 극한의 온도까지 견딜 수 있어 부품 수명이 연장됩니다.
설계자는 적층 가공을 통해 이전에는 불가능했던 컨포멀 냉각 채널과 통합 어셈블리를 갖춘 더 가벼운 하스텔로이 X 부품을 제작할 수 있습니다. 이 가이드에서는 이 합금의 장점을 활용하기 위한 하스텔로이 X 분말 구성, 특성 데이터, 응용 분야, 프린터 파라미터 및 공급업체를 다룹니다.
하스텔로이 X 파우더의 구성
하스텔로이 X는 특정 특성을 향상시키기 위해 다른 원소를 미량 첨가한 Ni-Cr-Fe-Co-Mo 합금입니다. 중량 백분율에 따른 공칭 조성은 다음과 같습니다:
| 요소 | Ni | Cr | Fe | Co | Mo | W | Mn | Si |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 무게 % | bal. | 21.5 | 18.5 | 12.5 | 9.0 | 0.6 | 0.5 | 0.5 |
- 니켈은 FCC 결정 매트릭스를 제공하는 주요 기본 요소입니다. 열팽창 계수를 낮춰줍니다.
- 크롬은 표면에 형성되는 산화크롬 보호막을 통해 산화 및 부식 방지에 도움을 줍니다.
- 철, 코발트 및 몰리브덴은 고용체 메커니즘으로 재료를 강화합니다. 코발트는 또한 연성을 유지합니다.
- 텅스텐은 카바이드 형성을 통해 고온 강도를 더욱 향상시킵니다.
- 망간과 실리콘과 같은 미량 원소는 주조성과 열간 가공성을 향상시킵니다.
이 표준 조성을 벗어난 변형은 더 높은 강도나 제작성과 같은 특정 요구사항에 맞게 합금을 조정하거나 특정 원소를 최소화하는 것을 목표로 합니다.
하스텔로이 X 파우더의 특성
하스텔로이 X는 고온 강도, 내식성, 가공성 및 용접성의 탁월한 조합을 가지고 있습니다. 주요 특성은 다음과 같습니다:
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 밀도 | 8.22g/cm3 |
| 융점 | 1350°C |
| 인장 강도 | 760MPa(20°C 기준)<br>140MPa(1090°C 기준) |
| 연신율 % | 50%(20°C 기준) |
| 열 전도성 | 11.3 W/m-K |
| 열팽창 계수 | 13.0 μm/m-°C |
| 탄성 계수 | 196-214 GPa |
| 푸아송 비율 | 0.29-0.32 |
- 최대 900°C에서 55%의 실온 강도를 유지합니다. 크리프 파열 강도는 980°C에서 1000시간 이상 100MPa를 초과합니다.
- 극한의 온도까지 고속 가스의 고온 부식 및 산화를 방지합니다. 보호용 Cr2O3 산화물 층이 형성됩니다.
- 45-55%의 냉간 가공성과 고온 열간 가공성으로 인해 가공성이 우수합니다. 가공성은 303 스테인리스 스틸의 35% 등급입니다.
- 우수한 용접성을 발휘합니다. 탄소 함량이 낮아 용접 시 카바이드 침전을 최소화합니다.
인쇄된 하스텔로이 X 속성
AM 하스텔로이 X 부품의 기계적 특성은 제작 방향, 가공 파라미터 및 열처리에 따라 달라집니다. 등방성 특성은 어닐링 상태에서 얻을 수 있습니다. 예시 데이터:
| 속성 | 인쇄된 EBMF | 인쇄된 LPBF |
|---|---|---|
| 인장 강도 | 330 - 470 MPa | 500 - 660 MPa |
| 항복 강도(0.2%) | 230 MPa | 320 MPa |
| 휴식 시 신장 | 37% | 35% |
하스텔로이 X의 응용 분야
하스텔로이 X는 사용량이 많습니다:
항공우주: 항공기 엔진과 육상 발전 터빈의 연소실, 스프레이 바, 튜브, 케이스, 패스너, 하우징은 극한의 온도와 환경에 대한 내성을 지니고 있습니다.
화학 처리: 내식성이 요구되는 고온의 탄화수소 처리 및 혼합 산업 대기에 노출되는 리포머 튜브, 크래킹 코일, 열교환기, 밸브 부품.
용융 금속 처리: 주조, 코팅 및 제련 작업 중 용융 유리, 알루미늄, 아연, 납, 구리, 강철 및 초합금과 접촉하는 도가니, 열전대 피복, 패스너 및 펌프/밸브 구성품.
오염 제어: 폐기물 소각장 및 석탄 화력 발전소에서 산화와 부식을 유발하는 고온의 산성 배기 가스를 처리하는 덕트, 스택, 스크러버, 팬, 댐퍼.
금속 가공: 열간 성형 금형, 압출 용기 및 툴링은 내열성과 내마모성이 중요한 열 기계 가공 과정에서 초합금, 티타늄 및 내화성 금속을 고온에서 보관합니다.
적층 가공으로 제작된 하스텔로이 X 부품
하스텔로이 X로 부품을 적층 제조하면 다음과 같은 이점이 있습니다:
- 복잡한 냉각 채널과 생체 공학 형상을 제작하여 기능 향상
- 어셈블리 통합을 통한 부품 수 감소
- 합금을 커스터마이징하여 속성 향상
- 설계 반복 및 온디맨드 부품 가속화
- 리드 타임 및 재고 감소
- 격자가 있는 복잡한 샌드위치 구조의 건설
- 토폴로지 최적화를 통한 컴포넌트 경량화
하스텔로이 X 분말 인쇄를 위한 공정 파라미터
LPBF와 EBM은 각각 레이저 빔 또는 전자 빔을 사용하여 3D CAD 데이터를 기반으로 20~100미크론 두께의 금속 분말을 얇게 펴고 선택적으로 영역을 용융하는 방식입니다. 하스텔로이 X의 주요 파라미터는 다음과 같습니다:
LPBF 설정
| 매개변수 | 범위 |
|---|---|
| 레이저 출력(W) | 195 - 380 W |
| 스캔 속도(mm/s) | 600-1550 mm/s |
| 빔 크기(μm) | 50-200 μm |
| 레이어 두께(μm) | 20-50 μm |
| 해치 간격(μm) | 80-140 μm |
| 차폐 가스 | 아르곤 |
EBM 설정
| 매개변수 | 범위 |
|---|---|
| 빔 출력(W) | 2.0-3.5 kW |
| 빔 속도(m/s) | 1000-3000 m/s |
| 빔 크기(μm) | 200 |
| 레이어 두께(μm) | 50-200 μm |
| 라인 오프셋(μm) | 100 |
| 예열 온도(°C) | 1000°C |
응력 제거 및 열간 등방성 프레스 후 두 공정 모두에서 99% 이상의 부품 밀도를 달성할 수 있습니다. 최소 100~200미크론의 피처 크기가 가능합니다.
AM용 하스텔로이 X 분말 공급업체
| 회사 | 제품 지정 | 입자 크기 |
|---|---|---|
| Met3DP | 하스텔로이 X 파우더 | 15-45 μm |
| 목수 첨가제 | 하스텔로이 X 마이크로멜트 구형 분말 | 10-45 μm |
| AP&C | 하스텔로이 X45 AM 파우더 | D10 45 μm |
| 미국이 만드는 | 하스텔로이 X 가스 분무 분말 | D50 17μm |
| 금속 분말 | 맞춤형 하스텔로이 X 합금 | 10-53 μm |
| 대서양 장비 | 하스텔로이 X 3D 프린팅 파우더 | 22-71 μm |
하스텔로이 X 파우더의 비용
고성능 애플리케이션을 위한 틈새 초합금 분말인 하스텔로이 X 분말은 가격이 더 높습니다:
- 금속 분말 재료비는 kg당 $500-$1000입니다.
- 맞춤 주문의 리드 타임은 2주에서 16주까지 다양합니다.
Met3DP 하스텔로이 X 파우더 가격표:
| 금속분말 | 크기 | 수량 | 가격/kg |
| 하스텔로이 X | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
기계적 테스트 표준
하스텔로이 X 소재 및 분말의 인장, 피로, 파괴 인성 및 크리프 파열 특성을 평가하는 데 사용되는 주요 시험 방법은 다음과 같습니다:
| 표준 | 제목 | 조직 |
|---|---|---|
| ASTM E8 | 금속 재료의 장력 테스트 | ASTM |
| ASTM E23 | 노치 바 충격 테스트 | ASTM |
| ISO 6892 | 금속 재료 인장 시험 | ISO |
| AMS 2633A | 하스텔로이 X 부품의 열처리 | SAE |
적층 제조된 하스텔로이 X 부품의 후처리
인쇄 후 Hastelloy X 부품은 사용 전에 다음과 같은 후처리 단계를 거쳐야 합니다:
지지대 제거
- 희생 지지대는 접근 가능한 경우 와이어 EDM 절단 또는 화학적 용해를 사용하여 분리합니다.
스트레스 해소
- 층별로 축적된 잔류 응력을 제거하려면 진공 또는 불활성 가스 상태에서 760~980°C로 1~2시간 동안 부드럽게 가열합니다.
열간 등방성 프레스
- 인쇄물 전체를 1120°C 온도와 100~200MPa 압력에서 3~6시간 동안 가열하여 내부 공극과 미세 다공성을 막습니다.
열처리
- 1150~1210°C 사이의 용액 어닐링은 균형 잡힌 미세 구조와 원하는 경도를 보장합니다.
표면 처리
- 추가 표면 처리에는 필요한 표면 거칠기와 마감을 얻기 위해 연삭, 밀링, 연마 및 샷 피닝이 포함됩니다.
품질 테스트
- 테스트 부품이 해당 표준에 따라 치수, 재료 무결성, 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 사양을 충족하는지 확인합니다. 레이어별 스캔을 수행합니다.
구매자 가이드 - 하스텔로이 X 파우더 베드 3D 프린터
하스텔로이 X 파우더와 같은 반응성 합금으로 작업할 때 프린터에서 고려해야 할 중요한 사항은 다음과 같습니다:
정밀도 - 치수 정확도 및 빌드 반복성을 위한 엄격한 프로세스 제어
불활성 대기 - 물질 오염을 방지하는 초고순도 차폐 가스
자동화 - 산소 노출을 최소화하는 분말 처리 시스템
품질 보증 - 인라인 모니터링, 용융물 풀 및 미세 구조에 대한 폐쇄 루프 피드백
스마트 소프트웨어 - 열 이력 및 기하학적 구조에 맞는 특수 스캔 전략
생산성 - 더 높은 레이저 출력과 대용량 빌드 볼륨을 통한 빠른 빌드 속도
주요 모델은 다음과 같습니다:
- 3D Systems DMP Factory 500
- GE 적층 개념 레이저 X라인 2000R
- EOS M 400-4 4레이저 시스템
- SLM 솔루션 차세대 시리즈
- Renishaw RenAM 500 쿼드 레이저 기계
하스텔로이 X 및 메탈 AM의 향후 전망
적층 기술이 경제성 향상과 함께 새로운 가능성을 열어줌에 따라 하스텔로이 X 부품의 적용 분야는 기존 분야 내에서 더욱 확대될 것입니다:
- 로켓 연소실, 상업용 제트 엔진 부품, 산업용 가스터빈 핫 섹션 및 발전 하드웨어를 직접 3D 프린팅하여 기하학적 구조, 냉각 및 무게 이점을 개선하는 것이 더 일반적입니다.
- 용접된 판금 어셈블리가 아닌 하나의 바디로 인쇄된 컨포멀 채널이 있는 열교환기 내부 및 프로세스 탱크와 같은 추가 화학 장비가 있습니다.
- 진공 및 고순도 부식성 대기에 취약한 항공우주 및 반도체 생산 장비의 모듈 어셈블리와 전통적으로 납땜된 조인트를 통합합니다.
- 액체 추진 시스템 및 터빈의 특정 열 환경에 맞춘 맞춤형 일체형 연료 인젝터 어셈블리 및 유출 냉각판입니다.
- 생체 적합성을 활용하여 치과용 브릿지 및 크라운과 같은 환자 맞춤형 임플란트의 채택이 증가했습니다.
금속 적층 제조의 미래는 더 빠른 제작 속도와 처리 시간과 함께 더 높은 경제성으로 인해 매우 긍정적입니다. 이 기술의 제조 응용 분야는 계속 확장되고 있습니다.
자주 묻는 질문
Q: 하스텔로이 X의 합금 특성과 관련하여 가장 잘 알려진 것은 무엇인가요?
A: 하스텔로이 X는 최대 1150°C의 극한 온도에서도 높은 강도를 유지하는 것으로 가장 잘 알려져 있으며, 내식성이 뛰어나 까다로운 환경의 고온 산화 및 환원 대기를 견딜 수 있는 소재입니다.
Q: 하스텔로이 X 및 관련 초합금을 가장 많이 사용하는 산업 분야는 무엇인가요?
A: 항공우주 분야는 50% 이상의 내열성을 가진 하스텔로이 X의 주요 수요처입니다. 그 다음으로는 내식성에 의존하는 화학 공정, 금속 가공 및 오염 제어 응용 분야가 그 뒤를 잇고 있습니다.
Q: 하스텔로이 X가 다른 니켈 기반 초합금보다 극한 환경에 더 적합한 이유는 무엇인가요?
A: 철, 코발트, 몰리브덴을 전략적으로 첨가한 하스텔로이 X는 최대 1150°C까지 니켈 합금 중 가장 높은 강도를 제공합니다. 다른 Ni 초합금은 이 최대 온도에 미치지 못하거나 결국 파열 강도 지속 시간에서 성능이 떨어집니다.
Q: AM 파우더 베드 공정에 적합한 하스텔로이 X 분말의 일반적인 kg당 비용은 얼마인가요?
A: 하스텔로이 X는 까다로운 용도에 맞춘 특수 분말이기 때문에 일반적으로 kg당 $500~$1000의 가격대를 형성합니다. 이는 예를 들어 스테인리스 스틸 비용의 5~10배입니다. 소량 주문의 경우 추가 마크업이 적용됩니다.
Q: 하스텔로이 X에 더 적합한 3D 프린팅 공정은 DMLS와 EBM 중 무엇인가요?
A: LPBF와 EBM 모두 완전 고밀도 하스텔로이 X 부품을 프린트할 수 있습니다. 레이저 기반 공정은 표면 마감과 치수 정밀도가 최대 50미크론까지 더 우수할 수 있습니다. 하지만 제작 속도가 더 빠른 EBM은 대량 생산 애플리케이션에 더 적합합니다.
Q: 금속 AM 제작 후 하스텔로이 X 부품에는 어떤 열처리가 사용되나요?
A: 일반적인 열처리 사이클은 먼저 1080°C에서 응력을 제거한 후 1150°C~1210°C에서 1~2시간 동안 담그는 과정을 거칩니다. 이렇게 하면 매트릭스의 원소가 균질화되어 원하는 위상 균형과 특성을 제공합니다.
Q: 하스텔로이 X는 표준 304 또는 316 스테인리스강보다 가공이 더 어렵거나 쉬운가요?
A: 하스텔로이 X는 강도와 가공 경화 특성이 더 높기 때문에 일반 300 시리즈 스테인리스강에 비해 가공성 등급이 약 50% 낮습니다. 보다 견고한 설정과 적절한 툴링이 필요합니다.
Q: 기존의 용융 용접 방법으로 하스텔로이 X 초합금을 용접할 수 있습니까?
A: 예, 하스텔로이 X는 탄소가 적고 입자 경계를 따라 취성 금속 간 상을 형성할 수 있는 강화 침전물이 없기 때문에 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW), 플라즈마 또는 레이저 빔 기술을 통해 우수한 용접성을 보여줍니다. 일치하는 필러 합금을 사용합니다.
Q: 하스텔로이 X와 같은 합금을 사용하는 금속 AM의 향후 도입을 주도할 산업은 무엇인가요?
A: 항공우주, 의료, 자동차 및 에너지 산업은 내열성, 내식성 및 고강도 등의 특성과 경량 구조가 상당한 이점을 제공하는 합금으로 제작된 인쇄 금속 부품이 가장 많이 사용되는 분야입니다.
