增材制造316L不锈钢应力腐蚀研究进展EI北大核心

应力腐蚀开裂是不锈钢零部件失效的主要形式之一,是材料力学和腐蚀电化学交叉领域的重要研究方向。与传统工艺制备相比,增材制造技术制备的316L不锈钢内部微观组织复杂,存在增材制造工艺引起的气孔、未熔合区等固有缺陷,导致其应力腐蚀行为更为复杂。本文基于国内外关于增材制造316L不锈钢的研究实例,综述了应力腐蚀行为特征及主控机制,包括氢致开裂和阳极溶解两种应力腐蚀机理、穿晶断裂和沿晶解理两种作用形式,并归纳了孪晶、异种晶相交界处、气孔及未熔合处、元素偏析等组织结构缺陷等对增材制造316L不锈钢应力腐蚀的影响。针对电化学噪声、高分辨中子衍射、三维形貌表征等三种原位测试方法在不锈钢应力腐蚀行为研究方面的现状和技术优势进行了总结。最后提出了高温辐照等严苛环境下的应力腐蚀行为特征研究,以及裂纹尖端应力分配模型及重构准则等增材制造不锈钢应力腐蚀未来的研究方向。     

核电用316L不锈钢粉末增材制造研究现状

增材制造技术是一种无须模具、近净成形的先进制造工艺。不锈钢是一种在核电行业广泛应用的结构材料。实现不锈钢结构件的增材制造将进一步推动增材制造技术的发展,也可为核行业带来革命性改变。以核电用316L不锈钢为例,系统阐述了不锈钢粉末增材制造研究现状,包括粉末制备工艺现状、增材制造成形工艺现状以及成形件的组织性能研究现状。目前,增材制造用316L不锈钢粉末的制备工艺主要为雾化法,粉末的物化性能受制粉工艺参数的影响。在激光粉末床熔融增材制造技术、电子束选区熔化技术和等离子增材制造技术中,尤以激光粉末床熔融增材制造不锈钢的应用最为广泛。增材制造316L不锈钢的组织与性能存在各向异性,但各向异性可通过增材制造的后处理技术消除。目前增材制造最为常用的后处理技术为热处理。与锻造316L不锈钢相比,经热等静压处理的增材制造316L不锈钢的力学性能与辐照性能更优。目前,核用不锈钢的增材制造技术还处于起始阶段,后续应重点关注增材制造的成形机理及成形材料中子辐照性能等内容。     

316L不锈钢表面纳米化后腐蚀性能研究

对表面纳米化和未经表面纳米化处理的316L不锈钢的样品分别进行点蚀实验和应力腐蚀对比实验,在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中分别测出它们的极化曲线.结果表明,316L不锈钢表面纳米化后抗点蚀性能下降,抗应力腐蚀性能提高.对应力腐蚀断口的SEM 分析发现,316L不锈钢应力腐蚀断口有明显分区现象,断裂形式为韧性断裂,开裂通道既有穿晶型也有沿晶型.     

激光增材制造钢的后热处理研究现状

激光增材制造为非平衡凝固过程,容易产生组织应力及热应力,出现变形和开裂等现象。通过后热处理,能够达到改善激光增材制造金属构件组织、消除缺陷、优化性能的目的,因此,后热处理制度的优化成为合金钢件增材制造亟待解决的关键技术。针对合金钢的激光增材制造,综述了近年来激光增材制造钢的后热处理工艺的研究现状。选择典型的17-4PH不锈钢及316L不锈钢等增材制造钢,研究不同后热处理规范对组织形态、第二相质点分布的影响;及其相应的热处理前后的拉伸强度及伸长率等力学性能的变化情况。通过热处理规范的合理选择,能够显著改善增材制造钢的组织及机械性能。     

电流模式和焊接方向对316L不锈钢增材制造成形的影响研究

目的 研究电流模式和焊接方向对316L不锈钢增材制造成形、内部微观组织和硬度的影响。方法 保持其他焊接工艺参数不变,采用Pulse、SpeedPulse、SpeedPulseXT这3种电流模式及同向和往复2种焊接方向进行单道多层堆积,采用光学显微镜观察增材制造件的微观组织并用洛氏硬度计测量其硬度值。结果 采用不同电流模式和不同焊接方向会影响增材制造件的冷却速率和凝固方式,进而影响增材制造件的表面成形和力学性能。同方向焊接时,随着电流模式的改变,焊接热输入增大,液态金属的流动性和铺展行为逐渐增强,增材制造件的高度尺寸减小,宽度尺寸增大,熔合线处δ铁素体受冷却速率的影响由块状变为蠕虫状,Pulse模式存在元素偏析;往复方向焊接时,外形尺寸没有明显的变化,熔合线处δ铁素体以胞状和蠕虫状为主。硬度测试结果表明,SpeedPulse模式硬度变化最小,SpeedPulseXT模式次之,Pulse模式硬度变化最大。结论 采用MIG焊进行316L不锈钢增材制造时,不同电流模式会对增材件的成形、内部金相组织和硬度产生影响。采用同方向焊接比往复方向焊接对增材件形貌的影响更大。     

某电厂316L不锈钢输氨管腐蚀开裂原因

某电厂316L不锈钢输氨管道在运行过程中发生开裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜及能谱分析等方法分析了管道开裂的原因。结果表明：管道裂纹由内壁向外壁扩展,呈穿晶开裂特征,裂纹呈树枝状形貌,符合应力腐蚀开裂特征;腐蚀产物中存在Cl元素,在拘束拉应力和腐蚀介质的共同作用下,管道发生了应力腐蚀开裂。     

高性能金属材料激光增材制造应力变形调控研究现状

随着激光增材制造基础理论研究和设备水平的提升,激光增材制造技术越来越多地应用于大型复杂结构的生产制造。激光增材成形过程中形成的应力会导致成形件变形、开裂,因此应力变形的控制是激光增材制造过程亟待解决的关键问题。本文总结了激光增材制造残余应力形成机制、应力变形测试技术和应力变形调控措施等方面的研究现状,提出了激光增材制造应力变形调控存在的主要问题及以后的研究方向,为高性能金属构件激光增材制造"控形"研究提供指导。     

超声微锻造辅助定向能量沉积316L不锈钢微观组织与力学性能研究

目的 在定向能量沉积（Directed Energy Deposition,DED）增材过程中,快速加热与冷却会导致增材构件出现晶粒粗大、孔洞裂纹缺陷多、综合力学性能偏差等问题,针对以上情况,对超声微锻造辅助DED增材316L不锈钢进行了研究。方法 设计了一套活动自由度高、超声振动能量易集中的滚珠式超声微锻造辅助增材制造系统,并研究了该超声微锻造系统对DED增材316L不锈钢微观组织与力学性能的影响。采用控制变量法对DED增材316L不锈钢的打印参数进行了优化,获得了最优打印参数下未加超声微锻造辅助的不锈钢试样的组织和力学性能。然后在相同的打印参数下采用本文设计的滚珠式超声微锻造系统辅助制备不锈钢试样,并分析了滚珠式超声微锻造对试样微观组织与力学性能的影响规律。结果 超声微锻造辅助DED增材能够细化柱状晶晶粒,使柱状晶宽度变窄,层间分布更加清晰,孔洞裂纹等缺陷减少,位错密度增加,位错密度由5.19×1013 m-2升高至7.5×1013 m-2;在力学性能方面,试样的屈服强度与抗拉强度均有所提升,增材件的屈服强度由（517.4±0.73）MPa提升至（550.1±4.49）MPa,抗拉...     

激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展

激光增材制造技术成形的制件具有自由度大、精度高、质量和性能好等优势,随着该技术的日益发展,其在不锈钢材料领域取得了显著的进展。激光增材制造技术成形不锈钢通常呈现出与传统制备工艺显著不同的非平衡凝固组织,表现出复杂的结构特征,而这些特征决定了合金的性能和应用。介绍了激光熔化沉积和选区激光熔化两种激光增材制造技术,选择典型的316L不锈钢及17-4PH不锈钢,综述了激光增材制造不锈钢凝固组织特征的研究现状,重点关注典型多尺度、层次性的组织结构（包括晶粒、宏观缺陷、熔池组织、胞状亚结构、氧化物夹杂等）。系统分析了激光增材制造不锈钢的组织调控方法,包括调整工艺参数、改变工艺环境及热处理等方式,通过组织调控能够影响晶粒的生长及熔池反应,进一步改善其内部微观组织,如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等,同时能促进不同相的析出和转变。通过合理地调控凝固组织,能够显著改善不锈钢的组织及机械性能。最后,对激光增材制造不锈钢的未来发展进行了展望。     

增材制造金属材料的疲劳性能研究进展

金属增材制造作为前沿热点制造技术之一,近年来在各种重要工业领域的研究和应用日益广泛。利用增材制造技术制备金属材料的过程中,不可避免会造成材料表面粗糙、气孔、未熔合等缺陷,虽然工艺技术的改进可以在一定程度上减小缺陷程度,但至今仍无法完全消除这些缺陷。增材制造金属材料的过程中,缺陷部位通常会成为应力集中源诱发疲劳裂纹的形核,造成金属材料的疲劳寿命下降。首先从表面质量、内部缺陷及微观结构等方面阐述了增材制造金属材料疲劳性能的影响因素;其次从宏观与微观角度概括了疲劳裂纹萌生/扩展机理的研究现状与进展;总结了热处理、表面优化、电磁辅助以及超声辅助等疲劳延寿技术的研究进展;最后讨论了基于机器学习技术的疲劳寿命评估模型,同时展望了机器学习和人工智能技术在增材制造金属材料领域的应用前景,为推动增材制造金属材料的发展和应用提供了借鉴与参考价值。     

316L不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金组织及其耐液态铅铋腐蚀性能

为提高316L不锈钢耐高温液态铅铋的腐蚀能力,通过使用同轴送粉的激光熔覆方式,在316L不锈钢表面制备一层Stellite6合金涂层,将其放入400℃的高温液态铅铋中进行500 h高速流腐蚀试验,其中相对流速设置为2.56 m/s.分析涂层的微观组织、物相组成、元素分布、显微硬度值等的变化规律,以及该涂层耐液态铅铋的腐蚀性能.涂层组织由等轴晶、树枝晶、胞状晶及平面晶组成,搭接区晶粒沿不同方向长大;涂层主要有γ-Co、CoCx、(Cr,Fe)7 C3及M23 C6等物相;各组分元素在涂层表面均匀分布,Co、Cr与Fe等元素在基体316L与涂层之间发生明显扩散;Stellite6涂层的硬度平均值为基体材料316L的2.3倍,且最高达到556.8HV.在进行高温液态铅铋高速流腐蚀后,316L不锈钢表面生成了大面积且连续的氧化物,存在大量微型腐蚀坑,Stellite6涂层表面仅存在少量氧化物,未发现明显的腐蚀坑,较好地维持了原貌;Stellite6涂层表面粗糙度值为1.0μm,而316L经腐蚀后的表面粗糙度为2.4μm.Stellite6合金涂层能够有效地提高316L不锈钢基体在高温液态铅铋合金中的耐腐蚀性能.     

S32750超级双相不锈钢在低温模拟海水中的腐蚀行为

为了考察S32750超级双相不锈钢(SDSS)在低温海水中的腐蚀性能,通过浸泡试验、动电位极化和电化学阻抗等方法,研究了S32750 SDSS和316L不锈钢(316L SS)在5℃的模拟海水(质量分数为3.5%Na Cl)中的腐蚀行为,采用Mott-Schottky曲线对低温下钝化膜的半导体性质进行了分析,并通过金相显微镜观察了两者腐蚀后的表面形貌。结果表明:在低温海水中,S32750 SDSS比316L SS表现出了更低的腐蚀速率,且S32750 SDSS表面腐蚀凹坑的数量较少;2种不锈钢均能形成稳定的钝化膜,且S32750 SDSS比316L SS展现出更大的钝化区间以及更高的点蚀电位、钝化膜电阻和电荷转移电阻,这主要与S32750 SDSS表面钝化膜更加致密、缺陷数量更少等因素有关。     

铁氧化菌作用下316L不锈钢点蚀电化学特性的研究

采用电化学测量、交流阻抗技术、扫描电镜观察和能谱分析等实验方法,研究了316L不锈钢在铁氧化菌(IOB)溶液中的腐蚀电化学行为,分析了炼油厂冷却水系统微生物腐蚀的特征及机制,结果表明,在含有IOB溶液中的自腐蚀电位(Ecorr)、点蚀电位(Epit)和极化电阻(Rp)均随浸泡时间的增加呈现出降-升-降的变化趋势;在含有IOB溶液中的腐蚀速率均大于在无菌溶液中;IOB的生长代谢活动及其生物膜的完整性和致密性影响了316L不锈钢表面的腐蚀过程,使不锈钢表面的钝化膜层腐蚀破坏程度增加,加速了316L不锈钢的点蚀.     

地下咸水阴离子协同作用对316L不锈钢耐蚀性能的影响

滨海地区地下咸水对地源热泵换热系统中不锈钢材料的腐蚀十分严重.采用动电位极化扫描和电化学阻抗谱等方法研究了模拟咸水中不同阴离子协同作用下316L不锈钢的腐蚀行为.结果表明:随着Cl-浓度的增加,316L不锈钢耐蚀性降低.SO42-与Cl-协同作用时,高浓度的SO42-抑制了Cl-对316L不锈钢表面膜的破坏,增强其耐蚀性,低浓度的SO42-则降低其耐蚀性;而HCO3-与Cl-的协同作用对316L不锈钢耐蚀性影响的规律与之相反.当这3种阴离子共存时,其协同作用加速了316L不锈钢的腐蚀.这为不同地下水环境条件下地源热泵系统的选材提供了参考.     

增材制造镍基高温合金研究进展

镍基高温合金具有强度高、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的特点,被广泛应用于航空航天、汽车通讯、船舶制造等领域.近年来,增材制造技术的进步加速了增材制造镍基高温合金的发展.激光增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势,如生产周期短、成本低以及可进行功能预设等.对于航空发动机及燃气机轮中喷嘴、燃烧室等热段部件以及航天飞行器等复杂零件的成形制造非常有利.目前,相关方面的研究热点主要有激光增材制造过程中凝固组织的变化规律、工艺参数与熔池宏观形态间的关系、残余应力的分析以及缺陷的探究.本文综述了增材制造技术制备镍基高温合金的研究进展,简要概括了增材制造技术和镍基高温合金的发展概况,总结了用增材制造技术制备的镍基高温合金成形件的显微组织、后处理后组织的变化及其对力学性能的影响,最后阐述了增材制造镍基高温合金成形件存在的缺陷及解决方法.     

原子力显微镜评价奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的研究

由13Cr可焊马氏体不锈钢(WMSGSS)制造的油气管线由于价格便宜,相对于昂贵的耐腐蚀合金来说是一个很有竞争力的选择。但是实验室试验和现场经历表明,13Cr马氏体不锈钢焊接接头热影响区发生了沿晶应力腐蚀开裂(IGSCC)。对于低等级的马氏体不锈钢来说,沿晶应力腐蚀开裂机理被认为是在晶界的碳化物附近存在贫铬区。对于中等级和高等级马氏体不锈钢来说,只在实验室试验发现有应力腐蚀开裂。它们的应力腐蚀开裂机理还没有明确,虽然最可能的应力腐蚀开裂机理也被认为和低等级马氏体不锈钢的应力腐蚀开裂机理类似。原子力显微镜(AFM)已开始广泛用于材料显微组织和环境敏感断裂的研究中。高等级马氏体不锈钢焊接接头对晶间腐蚀/应力腐蚀开裂敏感性很有希望由原子力显微镜检测到。在原子力显微镜技术应用于这项研究之前,用由304不锈钢准备的不同敏化度的试样来确定它的适用性是十分有益的。本文用原子力显微镜研究了不同敏化程度的304不锈钢的晶间腐蚀敏感性并和SEM和EDS结果进行了对比。     

增材制造Ti-6Al-4V钛合金低周疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可用于大型、复杂高性能钛合金结构件的制备,在航空航天等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。虽然增材制造Ti-6Al-4V合金构件的强度已经能够超过锻件,但它仍存在内部孔隙、熔合不良、粗大的柱状晶及残余拉应力等问题,使其在疲劳性能上与锻件具有一定的差距。本文在介绍直接能量沉积、选区激光熔化和电子束选区熔化3种代表性增材制造技术的原理及特点的基础上,简述了3种工艺制备Ti-6Al-4V合金构件的微观组织、静态力学性能及低周疲劳性能的研究进展,重点讨论了打印方向、缺陷、显微组织和表面处理对低周疲劳性能的影响。分析了增材制造Ti-6Al-4V合金构件低周疲劳性能、拉伸性能与微观组织之间的内在关系,并对提高构件低周疲劳性能的方法和推动其广泛应用的发展方向进行展望。     

316L不锈钢波纹管膨胀节开裂原因分析与预防

某厂的316L不锈钢波纹管膨胀节在使用近3a(年)发生了穿透性开裂。采用化学成分分析、宏观及微观检验等方法对该波纹管膨胀节开裂的原因进行了分析。结果表明:氯化物应力腐蚀开裂是该波纹管开裂的主要原因,并提出了相应的预防措施。     

γ-APS改性不锈钢在模拟体液中的抗腐蚀性

316L不锈钢表面组装了γ-APS层,并用体视显微镜及腐蚀测试仪对其在模拟体液中的腐蚀形貌及抗腐蚀性进行检测,并与未进行γ-APS处理的316L不锈钢试样进行对比.结果表明经过γ-APS改性的316L不锈钢能有效保护金属不受溶液腐蚀,并且γ-APS层可以层层组装形成多层膜修复单层组装时产生的缺陷.     

表面纳米化对316L不锈钢性能的影响

对316L不锈钢进行表面机械研磨处理(SMAT),研究表面组织变化对其硬度和在0.5 mol/LNaCl介质中腐蚀性能的影响.结果表明:通过SMAT可以在316L不锈钢表面制备出纳米结构层,随着处理时间的增加,表面纳米晶组织逐渐由单一的奥氏体相过渡到奥氏体与马氏体两相共存;表面纳米化和马氏体相变能够明显地提高316L不锈钢的表层硬度,使表面粗糙度略有下降;表面机械研磨处理降低了316L不锈钢在0.5mol/L NaCl腐蚀介质中的耐蚀性能.因为316L不锈钢表面纳米晶组织容易钝化,形成的钝化膜不稳定,提高了溶解速度.