Titanium alloys are widely applied for fields including aerospace, automotive, and biomedical industries due to their superior properties including high strength-to-weight ratio, corrosion resistance, and biocompatibility. However, further improvement of mechanical properties by implication of sophisticated shape is limited, due to their poor machinability. Additive manufacturing (AM) is one of the powerful solutions to this problem, which has been rapidly emerged these days. However, additively manufactured product shows anisotropic microstructure and mechanical properties due to a severe thermal gradient. For example, Ti-6Al-4V alloy by AM process shows general fracture elongation in building direction, while it shows very low fracture elongation in a transverse direction which is perpendicular to the building direction. In this study, the fracture elongation in AM process was improved by a laminated structure which is consisted of a Ti-6Al-4V layer and pure titanium layer. The pure titanium layer performs a role in the relief of columnar microstructure of prior β grains, and also stress partitioning about the Ti-6Al-4V layer. These two factors lead to an increase in elongation in the transverse direction. Also, continuous composition and microstructure prevent stress from concentrating at the layer interface, which leads to relatively high elongation in the building direction of the laminated structure. This study is significant in respect of showing the possibility of designing hetero-microstructure (in here, laminated structure) through AM process to cover its fundamental limitation. So, other follow-up studies will be conducted to increase the other mechanical properties, especially the strength, not only relief of elongation.
타이타늄 합금은 높은 비강도, 부식 저항성, 생체 적합성으로 인해 항공우주, 자동차, 생체 재료 등 다양한 산업에 응용되고 있다. 하지만 적층 제조 기술을 통해 타이타늄 합금을 제작할 시에는 응고 과정 중의 극심한 열구배로 인해 이방적 미세조직과 기계적 물성이 발생한다. 대표적인 상용합금인 Ti-6Al-4V 합금의 경우 적층 방향으로는 높은 파단 연신율을 보이는 반면 적층에 수직 방향으로는 굉장히 낮은 파단 연신율을 보인다. 본 연구에서는 이러한 낮은 파단 연신율을 극복하고자 Ti-6Al-4V 합금과 순수 타이타늄으로 이루어진 다층구조체에 대한 연구가 진행되었다. 후방전자산란 분석기법을 기반으로 한 미세조직 분석과 인장시험을 진행한 결과 초정 베타 상의 주상조직이 완화됨과 동시에 적층에 수직 방향의 파단연신율이 크게 증가한 것을 확인하였다. 이러한 연구결과는 적층 제조 공정 중 발생하는 문제점을 이종 합금의 3차원적 설계를 통해 해결할 수 있는 가능성을 보여준다. 나아가 적층 제조 공정을 통해 상이한 물성의 이종 합금이 공존하는 3차원 구조체를 만듦으로써 단일재료의 물성 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.
