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钢铁资料的增材制作总述:取得的成果与面对的应战(二)

发布时间:2022-06-29 05:50:15 来源:扑克王安卓版下载

  本文首要介绍选用SLM和LMD制作钢铁资料时所取得的成果以及所面对的应战,此次为全文的第二部分。

  AM能够在惯例处理的15-5 PH不锈钢的机械功能上发生改进。比照LPBF和惯例制备的15-5 PH的马氏体安排,能够调查到显着的差异,AM制作的资料的马氏体板条更短、更窄,见图6-0所示。AM制作的资料已被证明在593 °C时UTS能够到达830 MPa,增加了大约34%,但耐性同变形制作的平等资料比较较,下降了大约9%。另一项对LPBF出产的15-5 PH样品进行时效硬化热处理后的研讨标明,与15-5 PH的ASM变形功能比较,水平构建样品YS增加∼10%,笔直方向制作的YS削减∼6%。不管构建方向怎么,与铸造值比较,UTS都增加了相似的起伏(水平构建为∼11%,笔直构建为∼12%)。这些试样的损坏首要是解理开裂。LPBF 15-5 PH不锈钢的Charpy(夏比)冲击实验的开裂耐性被丈量为10.85±1.20 J/cm2,彻底符合铸造样品的规范(9.4-18.6 J/cm2)。研讨还发现,LPBF 15-5 PH不锈钢的显微硬度大于变形资料,AM试样的横向硬度为500 HV 0.5[121]。这比铸造资料高56%。

  图6-0 沿着板条的轴线所得到的反极图:其间(a)传统工艺制作的成果;(b)AM增材制作15-5PH不锈钢所得到的成果。需求留意的是,两个图中军给出了其他相的散布。在BCC图上面掩盖的黑色点的发生或许同比如碳化铌和其他不能被指数化的相相关 。

  在许多PH不锈钢的抱负运用中,循环加载是固有的。因而,构件的疲惫功能是这些钢的AM中最重要的问题之一。疲惫实验标明,LPBF制备的15-5个PH样品的疲惫极限比铸造样品下降了20%。这是因为LPBF工艺构成的外表光洁度较差。外表加工可显着进步疲惫寿数AM样品能够去除外表缺点,但不能改进变形功能。这支撑了外表缺点对AM15 - 5ph不锈钢疲惫功能最晦气的调查成果。但是,结合外表加工的工艺参数优化现已得到的15-5PH值样品,其疲惫功能与铸造部件恰当,其成果见图6-0-1和图6-0-2所示。

  图6-0-2 SLM制作的15-5PH不锈钢在堆积态和阅历了不同的外表处理之后的应力起伏VS反循环直至疲惫

  增材制作的PH不锈钢的高温蠕变功能还没有得到广泛的研讨。LPBF 15-5 PH样品蠕变寿数比铸造样品在530°C进步∼ 17%已被证明。构成这种差异的原因尚不彻底清楚。

  与铸造部件比较,延性下降是AM制作17-4 PH不锈钢的一个问题。在A和H900条件下,AM制备的17-4 PH样品的强度优于传统工艺制备的样品,但开裂延伸率较低。这一成果在低应变率(准静态)和高应变率(动态)拉伸实验中都存在,从图6的应变曲线中能够看出。许多针对AM 制作的17-4 PH不锈钢零件的研讨也标明,与铸造零件比较,AM17 - 4 PH不锈钢零件的强度进步,而延性下降。强度的进步被认为是因为AM部件中细化的微观结构,而延性的下降一般归因于AM工艺发生的孔隙率。

  Lass等人的一项研讨剖析了不同后处理加热条件下LPBF制备的17-4 PH样品的拉伸功能处理成果与A (YS = 824 MPa, UTS = 1121 MPa,伸长率= 10%)条件下的变形试样数据进行比较。由这些研讨人员开发的另一种制备后退火处理办法发生了YS(90%的铸造样品)。作为比照,AM样品在堆积状况和A状况下的YS为铸造样品的~55%。与铸造样品比较,选用这种新工艺道路处理的样品还显现出更大的UTS和更低的延展性。堆积后热处理对安排的全体影响如图7所示,显现了在17-4 PH不锈钢中取得的几种不同描摹。在构建后的显微安排中,熔池鸿沟和胞状凝结安排清晰可见(图7a),但经过均质化和固溶退火(即处理到条件A)后,这种凝结安排被去除。得到的显微安排(图7b)与变形后的显微安排(图7c)恰当。其他研讨也显现了热处理后AM17 - 4的这些显着的显微结构改动],这些改动使AM17 - 4部件的强度增加。

  用于AM出产制作部件的粉末质料的特性也会对机械功能发生影响,见图7-0所示。研讨发现,经过改动17-4 PH值粉末直径和/或调整激光能量密度,能够出产出与铸造样品恰当或更大的拉伸功能。Pasebani等人展现了LPBF从气体雾化或水雾化粉末到惯例零件生发出产17-4 PH值零件的显着影响,以及出产后不同的热处理对机械功能的影响。在部件出产进程中运用适宜的能量密度,LPBF部件由气雾化粉末出产,在1051°C中45分钟,482°C中1 小时,体现出最大的强度;YS(一直在5%以内)和UTS(高达4.4%)都比ASM陈述的铸造样品数据中的)好。溶液退火在1315°C条件下时效1小时,成果显着进步了YS和UTS的部件出产的水雾化粉末。这是因为马氏体板条中的细化结构。由水雾化粉末出产的部件的功能,虽然依然较差(YS下降15%,UTS下降4%),但与铸造功能恰当。这是重要的,因为与气体雾化粉末比较,水雾化粉末的出产成本相对较低。

  图6 LPBF(加载方向平行于X-Y平面,笔直于修建方向)的应力应变曲线(用黑色标明)和惯例出产的17-4 PH不锈钢(用赤色标明)低应变率,准静态拉伸实验成果。b高应变率动态拉伸实验成果。

  图7 17-4 PH不锈钢显微安排光学显微图。(a) LPBF堆积态。(b)堆积后进行均质化处理。(c)变形状。这些显微图画别离平行于LPBF和铸造样品的制备方向和变形样品方向。

  在力学测验进程中,因为奥氏体向马氏体的改动,调查到显微安排中奥氏体的存在对17-4 PH的力学功能有很大影响。AM工艺制作的17-4PH中,奥氏体含量较高的AM试样体现出更强的延展性和加工硬化才能,与TRIP辅佐钢相同。安排中奥氏体含量最高的为17-4PH的零件一般在AM或直接时效(即在制作后时效而不进行固溶退火处理)条件下。Lebrun等人的成果标明,这种样品的延展性与铸造规范恰当。例如,本研讨中构建的试样保存奥氏体的体积分数为36%,损坏时的延伸率为16.2%,预期的ASM变形损坏延伸率为15%。在17-4 PH条件下,LPBF进程中的奥氏体保存也显现出紧缩和拉伸的延性增强。图8a为LPBF制备17-4 PH的AM安排,图8b为安排内相的散布,显现沿熔体鸿沟奥氏体的存在增加。

  经过对LPBF和惯例办法制备的17-4PH的资料的显微安排和力学功能的比较,能够发现在一切情况下取得的拉伸功能都存在显着差异。但是,没有一个成果来自此比较成果,LPBF出产的样品能够发生YS或UTS,可与H900条件下的铸造样品比较较。这种力学功能的改动归因于LPBF样品在显微安排中显现出更多的奥氏体残留和孔隙。值得留意的是,堆积硬化钢中奥氏体的存在影响了它们的淬透性,因为溶质原子或许更简单溶于奥氏体而不是铁素体或马氏体,这按捺了它们在时效后构成堆积的才能。

  在17-4 PH和18Ni300马氏体时效钢中都调查到安排的奥氏体区域没有分出。图9中对18Ni300马氏体时效钢的原子探针剖析标明晰这种效应。图9a、b显现了经过某种方式的热时效后的马氏体区域。如关闭的等浓度外表所示,金属间分出物构成。比较之下,图9c所示的原子探针数据集显现了AM样品微观结构的奥氏体和马氏体区域之间的界面。与马氏体比较,奥氏体中显着没有堆积。

  在大气中进行AM也被证明会影响AM 17-4 PH不锈钢的功能。研讨的制作气氛对力学功能的影响以PH不锈钢时由定向能量堆积(LMD),该技能是将金属粉末是直接运送进入熔池而不需求构成一个粉床。本研讨考虑了两种制作气氛,氩气和空气。AM制得的一切样品的UTS均低于惯例工艺制得的样品,但空气中制得的样品强度有所进步,即空气制得的样品热处理后的UTS到达1145 MPa。这标明在相同条件下Ar处理的样品增加了7%。进一步的微观结构剖析标明,这是因为非晶态氧化物的涣散强化作用和空气中处理发生的N的溶液强化作用。此外,有研讨标明在N2气氛下打印,发生奥氏体安排,导致17-4PH零件,在拉伸实验中具有恰当的UTS和塑性,因为塑性变形而发生显着应变硬化的零件。

  图9对18Ni300马氏体时效钢进行原子探针层析。a DED (= LMD)出产的资料与传统出产的资料。(c)另一组来自于LMD出产资料的数据,显现奥氏体和马氏体之间分出行为的差异。

  图10中的散点图显现了AM制作的17-4 PH不锈钢的许多不同的UTS和延性组合。该图还显现了传统制作的17-4 PH样品的功能,与文献中AM的功能进行了比较。需求留意的是,在检查这幅图时,AM进程、外表处理和堆积后时效处理的参数在每个研讨和同一研讨中的样本之间是不同的。从图中能够看出,在这种合金的AM中,既有广泛的功能,也有广泛的变形功能。还能够看到,假如没有优化AM工艺以及制作后的处理,成果资料的强度和/或延性会十分差。但是,这一情节杰出标明,经过优化,可比或乃至增强的特点与铸造值比较是或许的。Facchini等人完成了优异的UTS和延展性的结合,部分原因是所出产资料的显微安排中存在很多的奥氏体,在拉伸测验中,奥氏体阅历应变诱导改动为马氏体。Rafi等人也将其制作样品的大延展性归因于这一效应。值得留意的是,Dobson等人的成果是在工程应力中提出的。

  图11和图12是由文献数据组成的散点图,别离显现了AM制作的17-4 PH不锈钢的UTS和直至失效的伸长率与丈量的奥氏体体积分数。图11显现UTS对奥氏体体积分数的依赖性不强,在奥氏体含量规划内,UTS的规划在700 MPa左右。考虑到来自单个来历的数据点,能够看出UTS与奥氏体体积分数之间既有正相关,也有负相关。这标明UTS取决于奥氏体含量以外的要素。UTS的巨大差异部分是由打印参数的差异以及不同的制作后热处理引起的。这导致了微观结构中不同水平的铜堆积。检查图12中的单个数据集,能够看到许多数据显现出开裂延伸率与奥氏体体积分数之间显着的相关性,这与因为TRIP效应奥氏体的存在进步了延性的调查成果相一致。

  在17-4PH的LPBF中,经过恰当的工艺参数优化、热处理和气氛室内的气氛,显微硬度能够到达与变形样品(大约450 HV 0.5)恰当的水平。用原子分散AM制备的17-4 PH样品也被研讨过。在打印状况和后续的任何热处理研讨,原子分散AM制作样品的硬度低于铸造样品。

  图10散点图显现了文献报导的增加制作的17-4 PH不锈钢样品的极限拉应力和延伸率规划,以及与它们进行比较的铸造样品的功能

  LPBF 17-4 PH不锈钢件相关于铸造件的磨损功能与首要磨损机制有关。当测验干冲突不时,惯例制作的样品比LPBF出产的样品磨损率更高。这是因为LPBF的显微安排更细,硬度更高的成果。而在光滑条件下,LPBF样品的磨损率更高。这归因于光滑改动了首要的磨损机制,从粘附到外表疲惫和磨损。

  关于单调的机械功能,研讨最广泛的堆积硬化钢的电阻失效循环载荷作用下的一项研讨为例。惯例制作的样品有640 MPa的疲惫极限(在循环加载的最大应力幅值下,样品永久不会失效),而AM样品只要300 MPa的疲惫极限。疲惫强度的下降归因于缺点和较差的外表光洁度。即便在溶液淬火后,LPBF 17-4 PH样品的疲惫强度也低于铸造样品,因为因为缺点的存在,AM样品的抗裂纹萌发才能较低。但是,风趣的是,LPBF样品的裂纹扩展速率低于惯例出产的样品。这是因为在AM和未变形试样中调查到的裂纹偏转和裂纹分支的影响。

  一些对AM 17-4 PH不锈钢疲惫行为的研讨剖析了后续热处理对这些试样疲惫功能的影响。经固溶退火和时效处理后,17-4 LPBF零件的疲惫强度仍低于相同热处理后的变形试样。Yadollahi等也报导了他们的LPBF 17-4 PH样品的疲惫强度远低于铸造资料,这归因于LPBF工艺发生的缺点。作者报导了固溶热处理和时效在H900条件下,样品在“低周”疲惫状况下的抗疲惫功能得到改进,但在“高周”疲惫状况下,疲惫寿数恶化。这被认为是因为热处理引起的硬化导致对杂质的敏感性增加。这种灵敏度在低-循环机制中不那么显着。这种效应在铸造样品中没有看到。在LPBF 15-5 PH合金的剖析中也调查到相似的效应。

  图11文献报导的增材制作的17-4 PH不锈钢样品的极限拉应力随奥氏体体积分数改动规划散点图。

  图12文献报导的增材制作的17-4 PH不锈钢的延伸率与奥氏体体积分数之间的散点图。

  改动工艺参数以到达最高的密度是取得最佳功能的重要手法。Casalino等人的一项研讨标明,优化18Ni300马氏体时效钢LPBF加工的组成零件的密度能够取得更高的强度。密度最大的零件(= 99.7%)的UTS为1192 MPa,伸长率为8%,在塑性规划内,与18Ni 300马氏体时效钢在固溶退火条件下的典型固溶退火UTS比较有所进步。

  与17-4 PH合金体系相同,铸后热处理能够进步18Ni300马氏体时效钢的力学功能。Kempen等人经过LPBF制备了18Ni 300马氏体时效钢,经过固溶和时效热处理后,其UTS为2217 MPa。这乃至优于ATI datasheet陈述的值,该合金的规范铸造UTS在相同的条件下~2210 MPa[162]。研讨还发现,LPBF 18Ni300马氏体时效钢的冲突学功能和UTS均在相同热处理后到达最佳。经过恰当的工艺参数的挑选和构建战略,它是可行的出产18 Ni 300 YS马氏体时效钢样品和UTS,可比,乃至优于规范的ASM构成特点(如表二所示)计划医治和年纪条件。一般情况下,LPBF样品的延性不如铸造样品,但在某些情况下,它们能够比较。与17-4 PH合金体系相同,许多对18Ni 300马氏体时效钢AM的研讨也显现,与文献中的变形数据比较,其强度或强度增加,但延性下降。强度的增加归因于LPBF进程中金属循环再加热的时效以及精密的组成凝结安排。延性的下降归因于AM零件缺点的存在。

  图13是一个散点图,显现了文献中增加制备的18Ni300马氏体时效钢试样的UTS和延性的组合。正如图10所示,重要的是要考虑到不同的工艺参数和处理办法现已用于发生每个数据点。从这个图中能够特别显着地看出,经过或没有经过时效热处理的样品之间的强度差异,那些经过时效热处理的样品在散点图上集合在一起,其UTS要高得多。这张图还显现了经过优化AM部件出产进程能够完成的机械功能改进的规划。

  在LPBF和DED出产18Ni300马氏体时效钢的研讨中,Jagle等比较了固溶退火和淬火条件下(即简直没有堆积),固溶硬度值作为固溶高度的函数与惯例处理资料的固溶硬度值。LPBF和惯例出产的资料具有相似的硬度值,约为310 hv10。但是,在DED出产的资猜中,除了最顶层之外,其硬度显着更高,约为360-420 HV10。原子探针剖析标明,这是因为在制作的DED样品中现已出现了前期的堆积阶段。这是因为在DED进程中堆积新层时,对现已固化的资料层进行循环再加热,这就解说了为什么在修建的最顶层没有调查到硬化效应。这种影响也必定发生在LPBF中,虽然它显着没有那么显着。这或许是因为LPBF熔体池比DED更小,且扫描速度更高,导致循环再加热的热幅值下降。

  Jagle等人测验的一切资料都进行了时效处理,以诱导堆积硬化。在峰值时效状况下,惯例出产的资料是最硬的,因为AM出产的样品中残留了更多的奥氏体,这被认为是因为AM工艺的化学不均匀性。在AM出产的钢中调查到很多剩下奥氏体的其他研讨将其归因于AM进程中大的凝结过冷度和安排细化安稳奥氏体。

  还对AM出产的18ni300马氏体时效钢的疲惫功能进行了剖析。LPBF J Mater Sci(2021) 56:64-10783试样的疲惫寿数低于铸造试样,这些试样的疲惫裂纹起源于次外表缺少熔合缺点或簇状缺点。研讨还发现,与铸造样品比较,AM18Ni300马氏体时效钢在弹性和塑性应变持平之前的机械循环次数(即过渡寿数)极低。综上所述,在需求高水平疲惫功能的运用中,约束运用增加增加剂制作的PH钢的首要要素是AM进程中存在的缺点,这些缺点是循环载荷下裂纹萌发的有利方位。这在已宣布的文献中被广泛调查到。

  图13散点图显现了文献报导的增材制作的18Ni 300马氏体时效钢的极限拉应力和延伸率规划,并与变形后的试样进行了功能比较。

  因为其高Cr含量,15-5的PH值有望具有高水平的耐腐蚀性。在腐蚀环境中,钢外表构成一层被迫氧化层(Cr2O3),维护主体免受进一步腐蚀。因而,确认AM对该合金部件的耐蚀性的影响是很重要的。Li等人的一项研讨陈述称,LPBF样品中奥氏体的体积分数很高,特别是在未进行固溶热处理的时效后,奥氏体在熔体池鸿沟邻近散布激烈。在时效前经过固溶热处理的样品显现出彻底的马氏体安排,可与传统制作的PH值为15-5的零件相媲美。因为奥氏体的外表电位大于马氏体,非固溶处理样品中奥氏体含量较大,因而其耐蚀性优于固溶处理样品。

  作为一种不锈钢,耐腐蚀是17-4 PH不锈钢的一个重要功能。Schaller等人的一项研讨标明,与惯例出产的资料比较,LPBF 17-4 PH钢的耐腐蚀性下降。这是因为LPBF样品具有更高的孔隙度。特别是,孔隙(直径为50lm)的存在导致了自动腐蚀,而被迫行为在孔隙(直径为10lm)周围继续存在。比较之下,Stoudt等人的研讨指出,LPBF发生的PH值为17-4的样品比铸造样品的负点电位更小,显现出更强的耐腐蚀性。这首要归因于两个要素。首要,AM工艺在微观结构中发生更均匀的元素散布,使组件更能反抗腐蚀环境中的部分进犯。第二,在AM图13中,散点图显现了文献报导的增加剂制作的18Ni 300马氏体时效钢样品的极限拉应力和延伸率规划,以及与它们进行比较的铸造样品的功能。J Mater Sci(2021) 56:64-107文中工艺(和后续热处理,假如适用)N被吸收,成果在一个更安稳的被迫膜。

  出产进程中的激光功率以及不同的17-4 PH的质料粉末也会影响发生的部件的耐腐蚀功能。例如,LPBF部件在NaCl中的腐蚀电流比变形样品(0.9±0.1lA)更低(意味着具有更高的耐腐蚀性),LPBF部件的最低腐蚀电流为~0.1lA。但是,因为其制作道路%密度的部件的耐蚀性显着低于铸造部件,密度的进一步下降导致耐蚀性进一步下降。这被认为是因为NaCl在外表孔隙内的阻滞,导致被迫Cr2O3层的击穿。

  铸后热处理也影响LPBF 17-4 PH不锈钢的腐蚀行为。固溶热处理对全体腐蚀功能影响不大。在构建条件下,点蚀电位更高,这是因为更高视点的晶界和更大的位错密度的增加。在再奥氏体状况下,LPBF钢体现出比铸造钢更强的耐腐蚀功能。这与变形资猜中较大的Mn和S含量有关,因为MnS纳米颗粒的构成和随后的溶解导致样品外表部分的S富集,导致被迫膜的失稳。但是,从头奥氏体化的LPBF样品的显微安排由细微的马氏体板条组成,导致晶界密度高。与铸造资料比较,这导致了抗点蚀才能的下降。

  总的来说,PH不锈钢的耐腐蚀性依然是一个有争议的问题。孔隙率对耐点蚀功能起着晦气的作用。在高密度资料的情况下,一般现已标明,AM PH不锈钢体现出更好的点蚀抗力比较于传统的同行。但是,在揭露文献中报导的这种改进的程度是不确认的。在评论耐蚀性时,有许多要素有必要考虑,包含剩下奥氏体的数量,二次分出相/夹杂物的尺度和含量,晶粒尺度/晶界面积。一切这些参数都高度依赖于AM工艺参数以及粉末质料条件(氩气或氮气雾化),这使得很难得出哪个参数在点评耐蚀性中更重要的定论。

  双相不锈钢(DSSs)具有δ-铁素体和奥氏体含量根本持平的安排。这敞开了一系列具有吸引力的特性,如高强度、杰出的延展性和优异的耐腐蚀性,运用于石油和天然气、石化、修建、海洋和海水淡化。DSSs现在面对的应战是其杂乱的微观安排演化,在多过程的惯例加工进程中或许会分出各种有害相,影响这些钢的功能。AM能够战胜当时杂乱的多步传统DSSs处理所固有的应战。到现在为止,在DSSs的AM上宣布的大部分作业都是关于2205和2507级AM和后热处理进程中的安排演化。2205是最常见的双相不锈钢等级,含有22%的Cr, 3.2%的Mo和5%的Ni (wt%),具有高强度,杰出的焊接性和优秀的耐点蚀和抗裂缝腐蚀功能。

  2507是一种含有25% Cr, 4% Mo和7% Ni (wt%)的超双相不锈钢,具有优秀的强度和耐蚀性的结合。这使得它成为海洋石油和天然气基础设施中高温环境(如温水和酸性环境)的抱负挑选[178]。现在首要选用两种AM办法,即LPBF和DED。据报导,经过这些技能取得的显微结构是不同的。LPBF零件大多为铁素体安排,强度高,但塑性差,需求进一步热处理,而DED零件则有恰当一部分奥氏体安排,具有较高的塑性,但强度较低。这首要是因为这两种加工办法的冷却速率有显着差异。

  Davidson等标明LPBF 2507 DSS比变形合金具有更高的硬度(380-440 HV),特别是跟着激光能量密度的下降硬度有所进步。这首要是因为相应的奥氏体含量的下降。相似的强度改进能够在LPBF 2507 DSS运用双向扫描形式与常数45?后续层之间的视点旋转。观测到的较好的YS和UTS别离为1214 MPa和1321 MPa,或许是多种要素构成的。其一是共同的镶嵌型微观结构(图14),其间每个“tessera”中的晶粒与相邻tessera中的晶粒比较有不同的晶体取向。此外,资料内部位错的高度集中约束了位错的进一步运动,并施加了硬化效应。此外,纳米氧化物夹杂物和氮化铬分出物能按捺自在位错滑移/滑移,促进硬化作用。最终,N在铁素体钢中的溶解度导致钢的固溶强化。

  LPBF 2507 DSS后热处理后的UTS值(920 MPa)高于铸态和固溶处理后的(~600-800 MPa)。这是因为富Mo / Cr金属间相(首要是δ和x)的分出。LPBF2507具有亚稳态铁素体安排,在热处理进程中部分改动为奥氏体。热处理过的LPBF2507零件在800℃下具有杰出的滑动磨损功能,这首要是因为金属间化合物的分出和作为第三体光滑剂的铁氧化物的构成所引起的高硬度。

  值得留意的是,LPBF 2507 DSS的磁性也很有远景,Davidson等人报导,其饱满磁性(Ms)值为110.9 Am2/kg,是铸造试样(45.1 Am2/kg)的两倍多。lpbf2507 DSS晶粒结构的各向异性导致了定向比饱满磁。LPBF堆积的超级DSS增强了基体的腐蚀[183]。激光扫描速度的下降进步了镀层的耐点蚀性,这与镀层外表粗糙度和柱状晶粒尺度的减小有关。

  对AM的2205的应战首要是为了取得抱负的奥氏体和铁素体体积分数。例如,Hengsbach等人的作业标明,2205 DSS经过LPBF取得了简直彻底(99%)的铁素体结构。这种结构具有大约 940mpa的高强度和12%的延伸率。与变形状况(大约 620 MPa)比较,这种增强的强度归因于LPBF安排中位错和氮化物的高密度。人们发现,奥氏体从铁素体基体中分出需求在900-1200℃进行后热处理,在1000℃时奥氏体的体积分数最高(34%)(图15)。退火使复合资料的UTS下降到720 ~ 770 MPa,但显着进步了伸长率,在1000℃时伸长率最高(28%)。这标明,经过调整后am热处理时刻/温度来进步奥氏体体积分数或许是进步塑性的首要途径。

  在其他研讨中也发现了相似的现象,例如,Papula等人标明,LPBF 2205 DSS在1050-1100℃下退火5-60分钟,需求将其延展性康复到铸造水平(即延伸率[40%])。退火后耐点蚀性显着进步[185]。这是因为退火下降了结构内部的剩下应力,并将表层的剩下应力状况从拉伸变为紧缩,然后进步了延性和耐点蚀性。

  研讨标明,与LPBF比较,DED双相不锈钢制品在建成状况下出现奥氏体和铁素体的混合物,晶内奥氏体颗粒优先在夹杂物上形核。奥氏体含量随激光能量密度的增加而增加。奥氏体的体积分数也跟着N级的增加而增加。N含量越高,硬度越高,这首要是因为N显着的固溶硬化效应。

  不平等级的低碳铁素体钢和马氏体钢能够经过AM加工运用于需求耐磨性和耐腐蚀性的场合。这些部件包含医疗东西、轴承和刀片以及泵、阀门和轴。成果标明,AM制品的抗拉强度、耐蚀性和磁功能与铸造和惯例加工的样品恰当或更好。但是,塑性和耐性差以及各向异性是这些钢的剩下应战。这些钢中有一种是420级的,这是一种通用的中碳马氏体不锈钢,具有优异的淬耐性和可接受的耐腐蚀性。例如,参加Nb和Mo后,420不锈钢在AM和后热处理条件下的拉伸功能和耐蚀性都得到了改进。表3给出了Nb/Mo AM 420钢与无Nb/Mo AM 420钢和变形420钢的比照总结。力学功能的进步是因为马氏体安排中含有纳米碳化物如NbC的构成。在没有Nb/Mo的AM420不锈钢中没有调查到这种相。

  图14 LPBF 2507 DSS和b EBSD相同微观结构的光学显微镜图画,显现了具有镶嵌型微观结构的单相铁素体结构。激光制作双相钢在(a)低倍和(b)高倍的成果显现Mosaic类型的微观安排; (c) EBSD 相位图显现了单相铁素体的存在; (d)同一方位的晶粒方位图显现在不同的镶嵌物内部的晶粒。

  经过LPBF (UTS为1670 MPa, YS为600 MPa,伸长率为3.5%),420不锈钢也能够完成高强度。到达的UTS远远高于陈述的变形资料的值(800 MPa)。但是,伸长率低于铸造的420不锈钢。AM后回火热处理在400℃下进行15分钟,可取得极高的UTS为1800 MPa, YS为1400 MPa。回火也能进步延伸率至~25%,大约是LPBF条件下延伸率的5倍。拉伸实验中剩下奥氏体向马氏体的改动是其力学功能进步的首要原因。相同,在不影响延性和冲击耐性的情况下,在LPBF 4140钢中也调查到比在修建方向和正对修建方向的铸造钢更高的YS和UTS。

  AM后热处理对其他商标的马氏体/铁素体钢的力学功能有显着影响。例如,如Sridharan等人所示,HT9(一种12%Cr-1%Mo马氏体不锈钢,广泛用于火电厂和核能体系的涡轮机和锅炉)和P91铁素体马氏体钢(9%Cr-1%Mo钢,首要用于核裂变反应堆),在室温文温暖的作业温度(330和550℃)下,后热处理下降了YS和UTS,但进步了塑性。别的一个比如,报导的冲击耐性是300超高强度钢(修改版的4340钢Si增加增强热加工)极低(9 J / cm2),而post-deposition热处理能够康复耐性大约25 J /平方厘米。

  在制作状况下的极低耐性归因于“有用显微安排单元”的粗尺度,即粗外延初生奥氏体柱状晶粒导致粗马氏体包体在堆积状况下。在另一项由Sridharan等人进行的研讨中,AM HT9钢体现出了优胜的拉伸功能(YS = 1043 MPa, UTS = 1168 MPa,开裂伸长率= 14.2%),而与之相对应的铸造钢(YS = 800 MPa, UTS = 950 MPa,开裂伸长率= 10-16%)。后处理热处理的AM样品的功能规划在正火和回火HT9。这首要是因为较高的奥氏体化温度和较低的回火温度使碳化物安排和细晶板条马氏体弥散,最大极限地进步了拉伸功能。



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