选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的 研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法 阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果 在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm³,流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率＜3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1 246±12) MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论 VIGA方法制备的 24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。     

激光选区熔化成形工艺对304L不锈钢冲击韧性的影响

目的 了解激光选区熔化(SLM)成形工艺参数对304L不锈钢冲击韧性的影响,从而得到304L不锈钢的最佳成形工艺参数。方法 对激光功率300~340 W,激光扫描速度800~1 500 mm.s^?1条件下的激光选区熔化成形304L不锈钢开展冲击试验,通过表面硬度、微观组织及断口形貌观察对冲击韧性的影响规律进行分析。结果 SLM成形304L不锈钢微观组织为跨越熔池生长形成的不规则柱状晶粒,成形工艺参数对试样表面硬度影响不显著;随着激光功率的增大和激光扫描速度的降低,304L不锈钢断面致密程度提高,孔洞类缺陷尺寸减少且数量减少,冲击韧性增大,冲击功最大值为141.9 J。结论 基于冲击试验结果,在激光体能量密度为100~140 J/mm³的条件下,304L冲击韧性稳定在138 J左右,为SLM成形304L材料的最佳成形参数区间。     

聚变堆包层第一壁缩比部件激光选区熔化成形研究

目的 研究激光选区熔化(SLM)成形第一壁缩比结构的组织性能。方法 以316L粉末为原材料,运用Inspire软件对不同成形姿势下第一壁缩比结构的应力与变形情况进行数值模拟,选择最佳成形姿势进行SLM成形,以控制整体变形,并对成形零件进行显微组织观察与力学性能测试。结果 实验结果表明,与立放和侧放2种成形姿势相比,平放时残余应力与变形最小,最大残余应力为29.68 MPa,最大变形量为0.29 mm。成形件微观组织呈现各向异性,x–y方向主要为粗大的胞状晶组织,z–x方向为细长的柱状晶组织。力学测试结果显示,x–y方向的抗拉强度为672.1 MPa,伸长率为48.2%,冲击韧性为100.6 J/cm²;z–x方向的抗拉强度为646.9 MPa,伸长率64.4%,冲击韧性为136.3 J/cm²。结论 组织的差异性主要是由扫描工艺与熔池内部复杂的温度场引起的,微观结构的各向异性会造成力学性能的差异,x–y方向的强度高于z–x方向的,z–x方向上的塑性韧性更高。     

车轮钢闪光对焊工艺参数对焊接接头性能的影响

目的 以380CL车轮钢为研究对象,分析其闪光对焊工艺参数与焊接接头组织和力学性能的关系,为解决车轮焊后开裂问题提供技术支持。方法 利用正交实验法对厚度为7 mm、宽度为380 mm的380CL热轧钢板进行闪光对焊工艺优化,利用正交实验表L9(3⁴)设计实验方案,以焊接后接头的抗拉强度和冲击韧性为考核指标,选择初始烧化速度、初始烧化加速度、顶锻距离和顶锻速度4个参数为实验因素,并忽略各因素之间的相互影响,每个因素选择3个水平进行正交实验。通过拉伸实验和冲击实验对焊接接头的力学性能进行评估。结果 初始烧化加速度对接头抗拉强度的影响最大,初始烧化速度对接头冲击吸收功的影响最大,优化后获得的最优工艺参数组合如下:初始烧化速度为1.5 mm/s,初始烧化加速度为0.05 mm/s²,顶锻距离为6 mm,顶锻速度为40 mm/s。结论 焊接接头的抗拉强度高于母材的抗拉强度,而断后伸长率比母材的低。在焊接接头中焊缝金属区主要为粗大的铁素体和少量珠光体,焊接热影响区的铁素体和珠光体均有所长大,且存在魏氏体组织。     

热处理对SLM 18Ni300马氏体时效钢力学性能的影响

为探究热处理对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形18Ni300马氏体时效钢力学性能的影响,利用激光选区熔化技术制备18Ni300马氏体时效钢试样,分别对成形试样进行时效处理、固溶处理和固溶+时效处理。通过金相显微镜、扫描电镜、硬度计和拉伸试验机,分别测试分析了不同热处理SLM 18Ni300马氏体时效钢的微观组织、显微硬度和拉伸性能。固溶+时效处理后,SLM 18Ni300马氏体时效钢激光熔池消失;组织为均匀致密的板条马氏体,且均有细小析出物弥散分布于晶界和板条间;抗拉强度和硬度显著提高,但延伸率明显下降。此外,固溶+时效处理后材料的强塑积可以得到改善。     

电子束熔丝沉积4043/4074铝合金的组织与力学性能

目的 研究电子束熔丝沉积Al-Si合金的微观组织与力学性能以及后续热处理的影响。方法 采用电子束熔丝沉积快速成形技术,分别对直径2 mm的4043和4047铝合金丝材进行增材制造成形,研究样品在不同方向上的微观组织与力学性能以及后续热处理的影响。结果 打印态的4043和4047合金的致密度分别为99.81%和99.88%,热处理后略有降低,分别为98.94%和99.77%。打印态样品中含有一些由硅颗粒和杂质相组成的条带状微观组织。打印态样品中含有近似等轴状与棒状的两类细小Si颗粒。打印态样品在长、宽、高3个方向上的拉伸强度相当,4043合金的抗拉强度为120~127 MPa,伸长率为12%~30%;4047合金的抗拉强度为151~155 MPa,伸长率为15%~30%。经热处理后,样品的强度略有降低,但伸长率显著提升。结论 通过控制EBF3参数,可以获得致密无缺陷的具有良好力学性能的块体Al-Si合金样品,其力学性能可通过后续热处理进一步调控。     

脉冲电流处理对轧制316L不锈钢的快速强化

目的 探究不同参数的脉冲电流处理(EPT)对轧制316L不锈钢拉伸性能、显微硬度及微观组织的影响。方法 将轧制的316L不锈钢作为原始样,调节流过样品的脉冲电流密度,分别为130、170、190、260、310 A/mm²,分析脉冲电流密度与其拉伸性能和显微硬度的关系。结果 轧制316L不锈钢的抗拉强度和显微硬度随着脉冲电流密度的增大呈现先增大后减小的趋势,其中当脉冲电流密度为170 A/mm²时达到峰值,抗拉强度由1 485 MPa提升到1 625 MPa,同时显微硬度也由431HV增大到473HV。通过电子背散射衍射分析微观组织可知,与原始样相比,经过脉冲电流处理的样品晶粒尺寸明显减小,马氏体含量明显增多,脉冲电流处理可以促使微观组织快速均匀化。结论 脉冲电流处理可以在短时间内实现轧制316L不锈钢组织的均匀化调控,有效改善轧制316L不锈钢的微观组织,减少轧钢形变织构,促使参与的奥氏体转变为马氏体,使微观组织趋于稳定,同时还可以使轧制316L不锈钢晶粒快速细化,达到细晶强化的效果,有效提高整体抗拉强度和显微硬度。     

内燃机用SLM成形Ti600高温钛合金组织和力学性能分析北大核心CSCD

为提升SLM成形内燃机用Ti600钛合金延伸率并保持原有的屈服强度,本文对SLM制造能量密度工艺参数进行适当调节,实验测试分析其组织和力学性能变化。研究结果表明:无论何种SLM成形Ti600合金下都生成了白色α′相颗粒物。能量密度减小至52 J/mm^3,此时β马氏体发生了较大程度原位分解,有众多α′相析出,形成了针形的α+β组织。Ti600合金的X射线衍射谱图上形成了β相的明显衍射峰,SLM成形期间众多α′相转变为(α+β)组织。能量密度52 J/mm^3合金在保持原有力学强度的条件下使延伸率得到明显增大。能量密度52 J/mm^3合金在断口区域形成了无解理面的韧窝;能量密度60 J/mm^3合金在撕裂棱边缘形成了更多韧窝,具备更优的韧性。     

内燃机用SLM成形Ti600高温钛合金组织和力学性能分析

为提升SLM成形内燃机用Ti600钛合金延伸率并保持原有的屈服强度,本文对SLM制造能量密度工艺参数进行适当调节,实验测试分析其组织和力学性能变化。研究结果表明:无论何种SLM成形Ti600合金下都生成了白色α′相颗粒物。能量密度减小至52 J/mm~3,此时β马氏体发生了较大程度原位分解,有众多α′相析出,形成了针形的α+β组织。Ti600合金的X射线衍射谱图上形成了β相的明显衍射峰,SLM成形期间众多α′相转变为(α+β)组织。能量密度52 J/mm~3合金在保持原有力学强度的条件下使延伸率得到明显增大。能量密度52 J/mm~3合金在断口区域形成了无解理面的韧窝;能量密度60 J/mm~3合金在撕裂棱边缘形成了更多韧窝,具备更优的韧性。     

1Cr21Ni5Ti双相不锈钢马氏体相变及对韧性的影响

研究了1Cr21Ni5Ti双相不锈钢高温固溶后冷至室温～-50℃之间γ相内马氏体相变规律.结果表明:冷却到室温后γ相内形成少量密排六方ε马氏体.冷至0℃以下形成体心立方板条马氏体,板条马氏体具有自促发形成的特点,而群集在一起构成板条马氏体束,在γ相内呈不均匀分布;迹线分析表明,板条马氏体惯习面接近于{575}f;与冷却到室温的样品相比,降低固溶时的终冷温度对固溶态的冲击韧性影响不明显;经脆化处理后,终冷温度较低的样品冲击韧性较低.     

Selective laser melting (SLM) of CX stainless steel: Theoretical calculation,process optimization and strengthening mechanism

In the present work,selective laser melting (SLM) technology was utilized for manufacturing CX stainless steel samples under a series of laser parameters.The effect of laser linear energy density on the microstructure characteristics,phase distribution,crystallographic orientation and mechanical properties of these CX stainless steel samples were investigated theoretically and experimentally via scanning electron microscope (SEM),X-ray diffraction (XRD),electron backscatter diffraction (EBSD) and transmission electron microscope (TEM).Based on the systematic study,the SLM CX stainless steel sample with best surface roughness (Ra =4.05 ± 1.8 μm) and relative density (Rd =99.72 ％±0.22 ％) under the optimal linear density (η=245 J/m) can be obtained.SLM CX stainless steel was primarily constituted by a large number of fine martensite (α'phase) structures (i.e.,cell structures,cellular dendrites and blocky grains) and a small quantity of austenite (γ phase) structures.The preferred crystallographic orientation (i.e.,<111 > direction) can be determined in the XZ plane of the SLM CX sample.Furthermore,under the optimal linear energy density,the good combinations with the highest ultimate tensile strength (UTS =1068.0 ％±5.9 ％) and the best total elongation (TE =15.70 ％±0.26 ％) of the SLM CX sample can be attained.Dislocation strengthening dominates the strengthening mechanism of the SLM CX sample in as-built state.     

Effect of laser incident energy on microstructures and mechanical properties of 12CrNi2Y alloy steel by direct laser deposition

This work aims to establish the effect of laser energy area density(EAD) as the laser incident energy on density, microstructures and mechanical properties of direct laser deposition(DLD) 12CrNi2 Y alloy steel.The results show that the density of DLD 12CrNi2 Y alloy steel increases at initial stage and then decreases with an increase of EAD, the highest density of alloy steel sample is 98.95%. The microstructures of DLD12CrNi2 Y alloy steel samples are composed of bainite, ferrite and carbide. With increase of EAD, the microstructures transform from polygonal ferrite(PF) to granular bainite(GB). The martensite-austenite constituent(M-A) in GB transforms from flake-like paralleling to the bainite ferrite laths to granular morphology. It is also found that the average width of laths in finer GB can be refined from 532 nm to 302 nm, which improves the comprehensive properties of DLD 12 CrNi2 Y alloy steel such as high hardness of 342 ± 9 HV_(0.2), yield strength of 702 ± 16 MPa, tensile strength of 901 ± 14 MPa and large elongation of15.2%±0.6%. The DLD 12CrNi2 Y material with good strength and toughness could meet the demand of alloy steel components manufacturing.     

车用TRIP590钢光纤激光焊接接头组织与性能研究

为了促进先进高强钢激光焊接技术的发展,采用光纤激光器对1.5mm厚的TRIP590钢板进行焊接,对焊接接头的微观组织、硬度以及拉伸性能进行了研究,分析了焊接速度对组织、性能的影响。结果表明:焊缝组织主要为板条状马氏体,热影响区可分为完全淬火区和不完全淬火区。焊接接头硬度分布不均匀,在热影响区或焊缝处硬度最高。随着焊接速度提高,热影响区马氏体含量增多,贝氏体含量减少,热影响区和焊缝组织变得细小。焊接速度为3~5m/min时,拉伸试样均断裂在母材,断后延伸率均超过30%,随着焊接速度提高,断后延伸率也有所提高,强塑积(PSE)均在20000MPa%以上,拉伸变形过程中相变诱发效应显著,大部分残余奥氏体转变为马氏体,在提高材料塑性的同时也提高了强度,实现了高强度和高塑性的统一。     

初始组织对低碳钢IQ&P工艺残留奥氏体及力学性能的影响

采用双相区再加热-淬火-碳配分(IQP)工艺,研究初始组织为铁素体+珠光体的IQP-Ⅰ多相钢和初始组织为马氏体的IQP-Ⅱ多相钢的组织形貌、残留奥氏体及力学性能。结果表明:初始组织为铁素体+珠光体的IQP-Ⅰ多相钢室温组织中,铁素体和马氏体基本呈块状分布,块状残留奥氏体存在于铁素体与马氏体界面处,薄膜状只存在于马氏体内的板条之间,且残留奥氏体含量较少,TRIP效应不明显,其抗拉强度为957 MPa,伸长率只有20%,强塑积为19905.6MPa·%。初始组织为马氏体的IQP-Ⅱ多相钢中铁素体和马氏体大多呈灰黑色的板条状或针状,且细小的针状马氏体均匀地分布在铁素体基体上,残留奥氏体只以薄膜状平行分布在铁素体基体上,体积分数达到了13.2%,且具有较高的稳定性,TRIP效应较明显,强塑积达到21560MPa·%,可以获得强度和塑性的良好结合。     

热成形淬火对QP1180/22MnB5激光拼焊板组织与性能的影响

目的 对QP1180和22MnB5激光拼焊板进行热成形试验,以解决超高强钢板材焊后的软化问题。方法 选择QP1180和22MnB5异种高强钢作为母材进行激光自熔焊,对焊后的激光拼焊板进行热成形试验,通过体式显微镜、扫描电子显微镜、液压拉伸试验机和维氏硬度计等手段,分析热成形前后激光拼焊板微观组织和力学性能的变化。结果 与焊态拉伸试样相比,热成形试样抗拉强度提高了135%,断后伸长率降低了55%,拉伸试样都在22MnB5母材处断裂,均为塑性断裂。在热成形后,对焊接接头进行组织分析,发现QP1180母材区马氏体含量增加,22MnB5母材区和临界热影响区组织由珠光体和铁素体转变为马氏体,焊接接头热影响区各亚区的组织均转变为大小不同的板条马氏体。硬度测试结果表明,焊态试样焊接接头的QP1180临界区存在软化现象,硬度值最低为335HV,22MnB5侧硬度值由母材处向焊缝升高,母材硬度最低为170HV;而在热成形后,QP1180临界区软化现象消失,硬度值趋于平缓,22MnB5母材处硬度比焊态试样硬度高了2倍。结论 与焊态试样相比,经热成形后激光拼焊板的焊后软化问题得到了解决。     

前驱体对含Cu低碳钢I&Q&P处理后组织性能的影响

采用IQP工艺和EPMA、SEM和XRD等手段,研究了3种前驱体对含Cu低碳钢残余奥氏体含量及力学性能的影响。结果表明,双相区保温初期试验钢奥氏体长大由C配分控制,后期由合金元素Mn、Cu配分控制;双相区保温奥氏体化后,双相区配分后形成弥散分布的局部高浓度Mn、Cu区域仍保留富集效果,在随后的淬火-碳配分阶段易于形成残余奥氏体。经IQP处理后,前驱体为P+F的钢室温组织中马氏体板条较粗,原始奥氏体晶界并不明显;前驱体为F+M钢得到的马氏体板条有序细密;前驱体为M的钢室温组织中马氏体板条更加细密。其中,前驱体组织为M的钢中残余奥氏体量最高,延伸率为24.1%,强塑积可达25 338 MPa·%,综合性能最好。     

轧制工艺对低碳中锰钢微观组织和力学行为的影响

目的 研究热轧和温轧两种轧制工艺对低碳中锰钢的微观组织演变和力学性能的影响规律,阐明两种轧制工艺对马氏体转变和应变硬化行为的影响.方法 通过对热轧和温轧两种轧制工艺得到的实验钢进行拉伸性能测试,分析温轧后实验钢强塑性同步提升的现象,通过EBSD数据分析,测量热轧和温轧实验钢中马氏体的转变量,并对两种轧制工艺拉伸后实验钢的断裂行为进行讨论.结果 高温区轧制后,得到稳定性较差的粗大奥氏体组织,虽然其马氏体转变量较高,但是其伸长率和抗拉强度较低(抗拉强度为757.9 MPa,伸长率为13.1％);两相区温度进行中高温轧制后,可以得到多尺度、稳定性适中的奥氏体组织,显著提高材料的伸长率和抗拉强度(其抗拉强度为1313.2 MPa,伸长率为35.8％),获得较优的综合力学性能.结论 通过合金成分优化设计,采用两相区轧制工艺,调整奥氏体稳定性,可以简化制备流程并获得高强塑性中锰钢.     

Investigation on processing of ASTM A131 Eh36 high tensile strength steel using selective laser melting

ABSTRACT

In this paper, selective laser melting (SLM) technique was used to investigate the processing of EH36 high tensile strength steel commonly used in the shipbuilding applications. EH36 powder was produced according to ASTM A131 standards using gas atomisation process. SLM process parameters, including scanning speed and hatch spacing, were investigated to produce test specimens with high density. Parts were successfully built using SLM without cracks. Density tests were performed according to ASTM B962 standards. Light optical microscopy and scanning electron microscopy showed slight porosities and martensitic microstructure respectively. The study concluded that EH36 parts could be produced using SLM and this provided foundation work for the technical feasibility of fabricating high tensile strength steel components for the shipbuilding industry.     

Influence of heat treatments on microstructural parameters and mechanical properties of P92 steel

Abstract

The microstructural parameters (dislocation density, martensite lath width, precipitate diameters, and volume fractions) have been measured for the 9%Cr steel P92 (NF616) after different heat treatments. The austenitising temperatures were 970, 1070, and 1145°C and the tempering temperatures 715, 775, and 835°C. Increasing the austenitising temperature led to an increase in the austenite grain size and in the martensite lath width, but no significant effect on the tensile properties at 20, 600, and 650°C was observed. The creep strength was, however, reduced by tempering at 835°C due to rapid recovery of the martensitic structure with a sharp decrease in dislocation density. The lowest creep strength was found for the P92 steel subjected to a heat treatment that produced a fully ferritic microstructure; the secondary creep rate was four orders of magnitude higher than that of the steel in the usual martensitic condition.