In this research, the mechanism of hot cracking during direct laser deposition of D2 tool steels was studied with the perspective of the liquation cracking due to the difference in the melting point of microstructural phases and thermal history. Thin-wall specimens were deposited under different laser powers and the length of the cracks varied with the laser power and the position in the specimen. Microstructures of primary austenite dendrites with the inter-dendritic regions which comprised eutectic austenite and carbides were developed, and the cracks were formed in the inter-dendritic regions. It is confirmed that the melting point of the eutectics is lower than the primary dendrites by atom probe tomography analysis and thermodynamic calculations. The distribution of the cracks was varied with the mis-orientation between the dendrites and it is explained by the decrease of the dendrite coalescence temperature. The thermal history of the building specimen was measured by pyrometry and the size of the cracks increased with the increasing number of reheating events above the solidus temperature. Based on these results, it is concluded that the re-heating behavior during the deposition significantly affects the formation and growth of the hot cracking.
본 연구는 레이저 적층 제조법을 이용해 AISI D2 공구강을 적층하며 발생하는 고온균열의 거동을 미세구조 내 상들 간 융점 차이와 열 이력에 따른 액화균열의 관점에서 탐구하였다. 얇은 벽 형태의 시편을 서로 다른 레이저 출력으로 제작한 결과 레이저 출력과 시편 내 위치에 따라 균열의 크기가 달랐다. 시편은 오스테나이트의 수지상결정에 공융 상의 오스테나이트와 카바이드가 수지상 간 지역에 존재하는 미세구조를 가졌으며, 균열은 수지상 간 지역에서 형성되었다. 3차원 원자 탐침 현미경 분석과 열역학적 계산을 통해 공융 상의 융점은 수지상결정보다 낮음을 확인하였다. 또한, 균열의 발생 분포는 수지상 간 방향 이탈각도에 달랐으며 이를 이탈각도에 따른 수지상결정 간 결합 온도의 감소로 설명하였다. 복사고온계를 이용하여 적층 중 열 이력을 측정하였으며, 공융 상의 융점 이상으로의 재가열 횟수에 따라 균열의 크기가 증가하였음을 확인하였다. 이는 적층 제조 중 시편 내 재가열이 고온균열의 형성과 성장에 큰 영향을 끼침을 시사한다.
