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...     

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160W时,SLM成形316L不锈钢试样微观组织主要为胞状晶...     

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。     

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.     

选区激光熔化成形316L不锈钢多孔结构及力学性能

基于选区激光熔化技术(SLM),制备了BCC、FCC、FCCZ 3种不同拓扑单元的316L不锈钢多孔结构,验证了该技术成形复杂多孔结构件的可行性。对试样进行了准静态压缩试验,得到了多孔结构在压缩过程中的变形模式和力学响应曲线,对比分析了3种结构试样的力学性能。结果表明,FCCZ型多孔结构的抗压性能和能量吸收特性均优于BCC型和FCC型结构;利用ABAQUS/Explicit软件进行准静态压缩仿真,仿真结果和试验结果基本符合。     

选区激光熔化316L不锈钢的各向组织与性能

对采用选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢增材制造试样进行了横向、纵向力学性能与微观组织分析。结果表明,增材制造SLM试件亚结构组织由尺寸为0.4 μm左右的胞状组织所构成,组织之间无明显的成分偏析,纵向与横向拉伸强度分别达到808和713 MPa,在经过1050 ℃热处理后,原组织中部分胞状组织消失,纵向及横向强度分别下降到673 MPa及579 MPa,增材制造试样相对传统热轧试样(550 MPa)具有明显的强度优势。SLM试样组织中存在未熔合缺陷,缺陷几何形状的方向性对其在拉应力作用下连接成裂纹有显著影响。热处理后缺陷长度方向与拉伸应力平行的纵向试样伸长率达到47.5%,横向试样伸长率为20%,伸长率指标均显著低于热轧316L钢试样,未熔合缺陷是导致3D打印试件塑性指标降低的主要因素之一。     

激光选区熔化次数对316L不锈钢表面性能的影响

目的 通过对激光选区熔化次数的控制,研究其对316L不锈钢表面晶相、化学成分和物理性能的影响规律,并最终获得综合性能优良的316L不锈钢表面.方法 在激光功率80 W、激光扫描速度500 mm/s、成形厚度0.03 mm、扫描间距0.06 mm条件下,通过改变激光选区熔化次数成形试件,并通过光学显微镜(OM)、电子扫描...     

蜂窝状多孔316 L不锈钢的选区激光熔化制备

对含预合金316L不锈钢和NH4HCO3(质量比96:4)的混合粉末进行选区激光熔化,制备多孔材料的实验研究。利用扫描电镜分析试样的微观孔隙特征。结果表明,在较高激光功率(800 W)条件下,可形成蜂窝状的多孔结构,孔径分布均匀(2~5 μm),平均孔径约3.5 μm。分析激光功率对多孔结构特征的影响,讨论选区激光熔化蜂窝状多孔结构的形成机制     

热处理对激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化成形工艺制备了316L不锈钢试样,并对其分别进行了400℃×4 h的退火处理以及1020℃×0.5 h的固溶处理。采用扫描电镜、显微硬度计及电子万能试验机等研究了直接成形态、退火态和固溶态试样的微观组织、拉伸性能、布氏硬度和夏比冲击吸收能量。结果表明:直接成形态试样经400℃×4 h退火后,组织变化不明显,抗拉强度、伸长率、布氏硬度及夏比冲击吸收能量都略有提高;直接成形态经1020℃×0.5 h固溶处理后,熔池搭接边界发生溶解,层层搭接边界消失,抗拉强度、屈服强度、布氏硬度分别降低了8.8%、27.2%、13.7%,伸长率、夏比冲击吸收能量分别提高了43%和25%。与其它两种状态相比,固溶状态下,试样的性能更稳定,强度与韧性的组合较好。     

粉末形貌对选区激光熔化316L不锈钢力学性能的影响

以气雾化316L不锈钢粉为原料,结合等离子球化和选区激光熔化技术制备了不锈钢块体,并用XRD、SEM、激光粒度仪、振实密度仪和万能力学试验机等对等离子球化粉体和选区激光不锈钢块的组织结构和性能进行了表征.结果表明:316L不锈钢粉经等离子球化处理后,不规则扁平状颗粒数量减少,球形颗粒数量增加,振实密度与松装密度的比值(...     

激光选区熔化316L奥氏体不锈钢微观组织和冲击韧性的各向异性研究

利用光学显微镜（OM）、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和金属摆锤试验机等观察和分析激光选区熔化316L不锈钢的物相、织构、微观组织及冲击韧性各向异性。结果表明：激光选区熔化成形316L不锈钢的组织和冲击韧性存在着明显的各向异性。垂直和平行于构建方向试样的物相均为γ-Fe相,垂直于构建方向的组织呈“棋盘状”形貌,晶粒大多数为等轴晶且晶粒得到了细化(dmean=9.177μm),尤其熔池搭接区域晶粒更加细小(6μm以下),平行于构建方向上小角度晶界数目较多,而平行于构建方向为“鱼鳞状”形貌,大多数为柱状晶,晶粒直径较大(dmean=21.247μm)。同时垂直于构建方向织构为强纤维织构< 110 >//RD（强度为7.83）和弱板织构{112}<110>,而平行于构建方向为强纤维织构< 110 >//RD（强度为12.23）。在致密度相同条件下,横向、纵向的冲击韧性分别为62.8±3.2,38.6±4.5,横向明显优于纵向且提高了62.69%。此外晶粒大小、大小角度晶界和织构类型对冲击韧性各向异性有着显著影响,垂直于构建方向的晶粒得到了细化,大角度晶界数目多,韧性较好;纤维织构< 110 >//RD对冲击韧性不利,而板织构{112}<110>有利于韧性,垂直于构建方向的{112}<110>织构强度低且存在弱{112}<110>织构,横向韧性较好。     

选区激光熔化成形316L表面质量及工艺试验研究

目的提高选区激光熔化成形316L不锈钢的成形表面质量,达到高质高效成形效果。方法采用380W功率的激光进行SLM成形,对比160μm大层厚和1000 mm/s以上高速率两种工艺组合,对表面及截面缺陷形成机理进行试验研究,检测其表面形貌、致密度、微观组织、力学性能等,探索316L高质高效打印成形的工艺方法。结果选区激光熔化成形316L不锈钢主要有球化、搭接、熔池间未熔合的表面缺陷,截面具有气孔、球化、熔池间未熔合的缺陷。曝光时间对于大层厚成形截面质量影响最大,增加曝光时间会提高成形致密度;而较小的曝光时间和点距以及线间距更有利于高速率成形。在1000 mm/s高速率试验条件下,即曝光时间、点距、线间距分别为30μs、30μm、90μm时,试件致密度达到99.99%。结论高速率成形的截面质量通过工艺优化组合可达到高致密度,且通过表面重熔工艺改善表面效果明显,整体性能最优。大层厚参数打印成形虽可达到高致密度,但在表面质量方面与高速率成形参数存在较大差距。综合比较,高速率成形在保证较好表面质量的前提下可以达到高致密度。     

微米级选区激光熔化316L不锈钢拉伸变形中Σ3n特殊晶界的分布

利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了微米级选区激光熔化制备316L不锈钢横向拉伸试样和法向拉伸试样在8%、18%和28%拉伸应变下的晶界特征分布.结果表明,随着拉伸应变的增加,横向试样和法向试样的Σ3晶界比例显著增加,Σ9+Σ27晶界比例明显降低.Σ3晶界有效隔断了一般大角度晶界的贯通性.通过微矩形截面法对Σ3特殊晶界的共格/非共格特征进行测定,其中,横向试样在18%拉伸应变下以Σ3_IC为主,约占60%,而法向拉伸试样在同样条件下以Σ3_C为主,约占73%.进一步分析指出,非共格Σ3_IC晶界的迁移并与Σ9晶界的汇合是促进拉伸应变过程中Σ3特殊晶界比例升高的原因.     

空间网格状多孔316不锈钢的选区激光熔化制备

制备出尺寸可控的空间网状金属多孔材料,对所制备的多孔材料进行组织分析.分析试样的微观结构,并讨论选区激光熔化多孔金属材料的成形机制及工艺参数对多孔结构特征的影响规律.结果表明:通过CAD制图确定扫描路径图,确定了骨架每根梁之间的扫描间距,决定了金属多孔材料的孔隙大小、孔隙形状及分布.制备出试件的每片薄壁、方孔分布均匀,孔隙大小统一且形状规则.骨架连接结点紧密,骨架的组织严密无开裂和弯曲现象.选区激光熔化制备空间网格状多孔材料骨架的形成机理分为颗粒表面局部熔化、形成金属熔池和粉末粘接三个阶段.     

Cr3C2对激光选区熔化316L合金组织及力学性能的影响

目的 研究添加Cr3C2颗粒对激光选区熔化316L合金的硬度、强度及耐磨性能的影响。方法 采用激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备316L合金及10%(质量分数)Cr3C2颗粒增强316L合金(Cr3C2/316L),通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、维氏显微硬度计、双立柱电子万能试验机和摩擦磨损试验机分别对2组合金试样的组织结构、硬度、拉伸性能以及耐磨性能进行测试与分析。结果 316L合金主要由γ-Fe相组成,Cr3C2/316L合金中除γ-Fe相外,还存在Cr23C6和Cr3C2相。316L和Cr3C2/316L合金的显微组织均由柱状晶和等轴晶组成,Cr3C2/316L的组织中等轴晶比例增多,且组织产生了细化。Cr3C2/316L合金的显微硬度为327HV0.1,相比316L合金(265HV0.1)增加了23%。Cr3C2/316L合金的屈服强度和抗拉强度分别为687 MPa和1 029 MPa,较316L合金均提高了约50%。Cr3C2/316L合金的磨损率相比316L合金减小了50%。结论 在SLM过程中,由于添加的Cr3C2颗粒在激光选区熔化316L合金过程中所产生的非自发形核和提高过冷度的作用,促使了316L合金组织发生明显细化和等轴化。添加的Cr3C2颗粒所产生的细晶强化、沉淀强化和固溶强化作用,使316L合金的硬度、强度和耐磨性都得到有效提升。     

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。