微米级选区激光熔化316L不锈钢的拉伸力学性能

为辅助理解金属材料高精密增材制造成形机理,本工作利用微米级选区激光熔化(micro-selective laser melting,M-SLM)技术制备了316L不锈钢,对其拉伸性能及断裂行为进行了研究,并对断后横向和纵向拉伸试样显微组织和断口形貌进行了表征与分析,对近断面塑性变形区的晶粒取向、晶界特征分布等进行了电子背散射衍射(EBSD)分析。结果表明：M-SLM制备316L不锈钢晶粒内部存在尺寸为100～300 nm的胞状组织结构,拉伸断口呈韧窝状,窝口直径80～500 nm,这使得316L不锈钢的横向平均抗拉强度达692.1 MPa,纵向平均断后延伸率达54.6%,明显优于传统SLM技术制备的316L不锈钢。M-SLM制备316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体Σ3孪晶界的出现与晶粒取向有关,其在取向接近<111>的晶粒中较易出现。进一步分析指出,Σ3晶界的出现阻断了特殊晶界网络的连通性。通过基于EBSD的矩形截面法对共格Σ3 (Σ3_c)和非共格Σ3 (Σ3_ic)晶界进行了统计分析,显示316L横向拉伸试样近断口区的Σ3_c...     

固溶及双时效处理对增材制造316L不锈钢组织性能的影响

采用激光选区熔化技术制备了316L不锈钢,并对其进行了固溶及双时效处理,利用光学显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机和显微硬度仪等研究了316L不锈钢热处理后的组织和性能.结果 表明:选区激光熔化成形的316L不锈钢试样的相邻熔池搭接紧密,搭接边界清晰,微观组织主要是生长方向各异的胞状晶;经固溶及双时效处理后,316L...     

选区激光熔化成形316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能.结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些“微熔池”内晶粒生长方向不相同,而近乎相互垂直,从而在同一视野中显示出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形“胞晶”共存的组织特征.试样的抗拉强度与传统工艺制备的相比有较大提高,但断后收缩率有所降低.这主要由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、“熔池”散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织.由于冷却速度较快所得的细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度.但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之大量熔合线界面处不可避免的内应力,导致断后收缩率有所降低.     

选区激光熔化成型316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

选区激光熔化技术在复杂零部件的制造领域显示出强大的优势,但打印件的组织与综合性能还有待于进一步优化。采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能。结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些"微熔池"内晶粒生长方向不相同,近乎于相互垂直,从而在同一视野中呈现出典型的细小柱状晶(亚晶)和近似六边形"胞晶"共存的组织特征。试样的抗拉强度与传统工艺相比有较大提高,但延伸率有所降低。这主要是由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、"熔池"散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织。由于冷却速度较快,所得细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度。但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之熔合线界面处不可避免的内应力,导致延伸率降低。     

AZ31镁合金再结晶退火的准原位EBSD研究

对AZ31镁合金热挤压板进行室温轧制(形变量为8%)后,利用背散射衍射技术原位(in-situ EBSD)观测了轧制试样中不同类型的孪晶组织在再结晶退火过程中的取向演变。结果表明:退火过程中拉伸孪晶区域形成尺寸相对粗大的再结晶新晶粒,再结晶晶粒取向与拉伸孪晶的取向较为接近;压缩孪晶/双孪晶区域形成了细小的再结晶晶粒,再结晶晶粒偏离基面取向。孪晶再结晶显著影响镁合金在退火过程中的织构演变,轧制样品中,拉伸孪晶再结晶使得基面织构强度增强,压缩孪晶再结晶则可以在一定程度上弱化镁合金的基面织构。     

生物医用316L奥氏体不锈钢的形变组织

借助扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜组织观察,对生物医用奥氏体不锈钢316L的形变组织进行了多尺度深入研究,其工程应变量范围为2%~40%。结果表明,当应变>20%时,316L奥氏体不锈钢中的<001>和<111>取向平行于拉伸方向,即出现了大量的变形孪晶和马氏体。从微米尺度和纳米尺度对孪晶和马氏体相变做详细分析发现,形变首先诱发形成变形孪晶,由于孪晶界减小了位错平均自由程而引起位错塞积,进一步诱发马氏体的转变。随着变形量的增加出现了更多的孪晶和α-马氏体,马氏体相变的过程只有γ→α转变,α马氏体主要分布在孪晶界附近,特别是孪晶交叉的位置。其中,奥氏体基体和α-马氏体之间的取向关系为:[011]_γ//[011]_α,(420)_γ//(123)_α。     

化学成分对316L奥氏体不锈钢组织及变形行为的影响

利用万能试验机对不同镍当量(Nieq)的316L不锈钢热轧钢板进行常温单轴拉伸试验,借助扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其拉伸变形前后的微观组织进行观察,探索镍当量对316L不锈钢微观组织及性能的影响规律。结果表明,固溶态试验钢的组织均为奥氏体组织及少量高温δ相,强度随Nieq的升高而降低,塑性和韧性随Nieq升高而增加;拉伸断口均呈韧性断裂特征,且随Nieq的提高,韧窝的数量减少,韧窝尺寸增加;TEM显示,变形后的试验钢均未发生马氏体相变,Nieq较低时,变形量大的地方位错密度高,发生位错交互作用,局部有形变孪晶生成,且随着Nieq的增加,形变孪晶密度增大,出现相互交叉、阻滞。     

深冷轧制对AISI 310S不锈钢组织和性能的影响

采用深冷轧制技术对AISI 310S奥氏体不锈钢进行不同变形量的实验,借助OM、SEM、TEM、XRD及微拉伸试验等方法研究了不同变形量下奥氏体不锈钢的组织特性及性能变化规律。结果表明:奥氏体不锈钢在深冷轧制不同变形量下均未发生应变诱发马氏体相变,在变形量为30%时,组织内部出现高密度位错且夹杂少量的形变孪晶,随着变形量增大至70%时,组织内部出现大量形变孪晶,孪晶与位错的交互作用显著加剧;到变形量为90%时,晶粒完全碎化至纳米量级。而且随着变形量的增大,强度指标大幅度上升,屈服强度、抗拉强度分别从原始态的305 MPa、645 MPa增加至1099 MPa、1560 MPa;而伸长率则从40.8%(原始)下降至6.4%(变形量90%),拉伸断口由韧性断裂向准解理断裂转变。     

超声振动辅助激光熔化沉积316L不锈钢的微观组织演变研究

在激光熔化沉积316L不锈钢的过程中耦合不同功率的超声振动,研究了超声功率对晶粒形态尺寸、凝固组织形成机制以及晶粒生长特性的影响。研究表明,激光熔化沉积过程中316L不锈钢晶粒发生定向凝固外延生长,形成粗大的柱状晶。施加超声会将沿[100]方向外延生长的粗大原生柱状晶打碎,产生细化晶粒的效果;沿柱状晶外延生长方向传递的超声振动增大了晶粒内沿长轴方向的累积取向差,提高了平均位错密度。施加超声有助于加强熔池流体的对流,降低沿沉积方向的温度梯度,使得垂直生长的柱状晶更快转变为八字形柱状晶;同时提高合金凝固冷速,使得柱状晶宽度以及晶粒内部一次枝晶列间距减小,实现宏观晶粒尺寸与微观枝晶间距的细化。     

等通道挤压变形奥氏体不锈钢中孪晶细化机理

采用SEM和TEM分析了等通道挤压奥氏体不锈钢中孪晶的细化过程.结果表明,一道次变形后,原退火孪晶受剪切断裂,并在一些区域形成小的形变孪晶;随着挤压道次增加,孪晶通过孪生和滑移的方式进一步变形,滑移由晶界开始并向晶粒内部扩展,最后将大的孪晶破碎,在孪晶层状结构内部通过孪生方式形成二次孪晶,在随后的变形过程中,逐渐形成微米级孪晶组织.八道次挤压后形成纳米级的晶粒和细小的微孪晶组织.     

激光功率对激光选区熔化316L不锈钢微观形貌和性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备316L不锈钢试样。通过单因素实验的方法,研究了激光功率对SLM成形316L不锈钢试样微观组织、致密度、显微硬度和表面粗糙度的影响。结果表明:SLM成形316L不锈钢试样组织主要由奥氏体组成,且存在少量的铁素体。当激光功率为160 W时,SLM成形316L不锈钢试样微观组织主要为胞状晶且分布均匀,显微硬度和致密度均达到最大值386.2 HV和95.96%,粗糙度达到最小值11.7μm,成形效果最佳。     

机械研磨诱导316L不锈钢表层组织的演变

选取具有中等层错能的316L不锈钢进行表面机械研磨处理(SMAT)，制备出纳米结构表层，用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究横截面组织的演变过程．晶粒细化机理如下：奥氏体粗晶内部通过位错湮灭和重组形成位错胞；应变量和应变速率的增加诱发了机械孪生，形成了片层状孪晶；孪晶内部通过位错的运动使显微组织逐渐由片层状向等轴状转变，且晶粒尺寸逐渐减小、取向差逐渐增大；最终形成等轴状、取向呈随机分布的纳米晶组织．同时，对层错能对微观变形方式和纳米化行为的影响进行了讨论。     

选区激光熔化IN718合金再结晶组织演化机理研究

利用电子背散射衍射技术,对选区激光熔化IN718合金沉积态、980℃保温1.5 h、1100℃保温1.5 h空冷后试样的显微组织、界面特点、晶体取向等进行了分析。结果表明,随着热处理温度的提高,选区激光熔化IN718合金中的粗大柱状晶逐渐转化为细化的等轴晶,晶粒取向变得随机。大角度晶界两侧的取向梯度差使得再结晶形核机制为晶界弓出形核机制。随着合金的界面的迁移,再结晶程度增大,出现大量的11160°退火孪晶。     

增材制造GH3536合金的高温拉伸及疲劳裂纹扩展性能研究

采用选区激光熔化技术制备GH3536合金试样,经热等静压和固溶处理后对合金试样的显微组织、高温拉伸性能和不同应力比下的裂纹扩展性能进行了分析。结果表明,经热等静压和固溶处理后合金试样内部存在2种不同大小的等轴晶粒,在晶间存在连续片状分布的M₂₃C₆和M₆C碳化物。合金试样的拉伸性能随着温度的升高而不断下降,断裂方式由室温下的韧性断裂转变为900℃下的脆性断裂。在不同应力比下,合金试样的裂纹扩展方式主要为穿晶扩展,裂纹扩展速率随着应力比的不断上升而提高,在高应力比下合金内部的疲劳裂纹更倾向于在取向差较小的晶粒内部扩展。     

选区激光熔化打印Al0.5CoCrFeNiTi0.5/316L复合材料的微纳力学及耐蚀性能

选用316L不锈钢为基体材料，Al_0.5CoCrFeNiTi_0.5高熵合金(HEA)粉末为颗粒增强体，通过选区激光熔化(SLM)制备了不同HEA含量的316L不锈钢基复合材料，对复合材料的微观组织、微纳力学和耐蚀性进行了研究。结果表明，SLM打印的316L不锈钢及其复合材料内部未出现孔洞、裂纹等缺陷，重熔区主要由细小的胞状晶组成，非重熔区由胞状晶和等轴晶组成，这是由凝固过程中熔池温度梯度所导致的；随着复合材料中HEA含量的增加，材料的硬度和弹性模量呈现升高的趋势，强化机制主要是固溶强化和细晶强化；复合材料的自腐蚀电位先向负后向正方向移动，自腐蚀倾向先变大后变小。     

选区激光熔化316L不锈钢大层厚成形质量研究

针对选区激光熔化成形150μm大层厚316L不锈钢进行工艺试验研究,通过对比不同的激光功率、能量密度、曝光时间、点距、线间距对316L不锈钢大层厚成形质量的影响,探索高致密度成形工艺。研究发现,高功率激光参数下成形大层厚试件效果更好,最佳激光能量密度范围是50～70J/mm~3。通过对比小层厚与大层厚成形效果,发现大层厚在成形过程中会产生一些缺陷,通过调整工艺参数可减少缺陷产生。大层厚成形316L不锈钢微观组织主要由等轴晶和少量的柱状晶组成,拉伸力学性能达到锻件标准。     

选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久性能研究

通过对选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久试样进行组织性能与断口分析,研究Hastelloy X合金持久断裂模式及影响持久性能的主要因素,并对选区激光熔化成形与后处理过程进行组织演变规律追踪。分析认为,选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久断裂模式为微孔聚合型沿晶韧窝断裂,碳化物的形态与数量、晶粒形态和取向是影响持久性能的主要因素。晶界薄膜状和较大颗粒状碳化物主要产生在热处理与热等静压冷却阶段,后续将调整后处理过程冷却速率,在碳化物析出峰附近快速冷却,控制碳化物形态与数量以有效提升Hastelloy X合金持久性能。     

不同热处理工艺对Fe-30Mn-3Si-4AlTWIP钢力学组织性能的影响

采用拉伸性能测试、金相观察、SEM和EDS等方法研究了不同热处理工艺对Fe-30Mn-3Si-4AlTWIP钢微观组织、拉伸力学性能及断口形貌的影响,并采用X射线衍射仪测定材料的物相组成。结果表明,冷却速度越快,TWIP钢的延伸率和强度越高;热处理后其室温组织为含有退火孪晶的单一奥氏体,冷却速度越小,奥氏体晶粒和退火孪晶的尺寸越大。拉伸时发生典型的延性断裂,在拉伸过程中退火孪晶转变成形变孪晶,使材料的塑性提高。     

固溶处理温度对氮强化高锰奥氏体不锈钢组织和性能的影响

研究了固溶处理温度对２２Ｍｎ－１３Ｃｒ－５Ｎｉ－０．２５Ｎ奥氏体不锈钢组织和性能的影响。结果表明，随固溶处理温度提高，奥氏体晶粒尺寸增大，强度降低，延伸率和断面收缩率变化不大。在拉伸变形过程中沿，面产生形变孪晶，先形成的形变孪晶阻碍位错运动，使强度进一步增加。     

AZ31镁合金中拉伸孪晶静态再结晶的分析

基于前期工作对压缩孪晶静态再结晶的分析,主要利用XRD和EBSD技术进一步研究AZ31镁合金中拉伸孪晶静态再结晶过程中组织和织构的演变规律,以及再结晶初期新晶粒的取向特征,结果表明:拉伸孪晶不能有效地促进再结晶形核,其细化晶粒的效果不显著,其再结晶速率显著延迟于压缩孪晶;退火过程中并没有生成新的再结晶织构组分,表现为初始基面织构的减弱;新晶粒优先在拉伸孪晶的变体交叉处,或拉伸孪晶与压缩孪晶的交叉处形核,但其取向规律性不强,没有遵循初始拉伸或压缩孪晶内的取向规律,同时还对拉伸与压缩孪晶的再结晶行为进行了比较。