金属粉床增材制造奥氏体不锈钢的研究进展

摘要：金属增材制造技术成形奥氏体不锈钢易出现与传统制备方法完全不同的非平衡亚稳微观组织,表现出独特的性能,其中激光增材制造的316L不锈钢,兼具高屈服强度、良好的伸长率以及优异的耐腐蚀性能。系统综述了近年来国内外激光增材制造316L不锈钢的研究进展,针对其高冷却速率、微熔池冶金、强非平衡凝固和复杂热履历成形条件,阐述其微观组织结构的形成机制和调控方法,以及对力学性能和腐蚀行为的影响规律,重点分析了激光增材制造316L奥氏体不锈钢的强韧化机制,最后展望增材制造奥氏体不锈钢的未来研究方向。     

高氮奥氏体不锈钢的研究进展

高氮奥氏体不锈钢由于具有强度高、韧性好、无磁、耐腐蚀性能佳及晶间腐蚀敏感性低等诸多独特优点而得到越来越广泛的应用,但基础理论和制造技术方面的研究仍相对落后。文中分析了高氮奥氏体不锈钢的研发历程和冶金理论现状,综述了高氮奥氏体不锈钢的钢种、成分、制造工艺和力学性能,以及该钢的发展与展望。     

氮对316L型不锈钢等离子弧焊接性能的影响

氮作为一种强奥氏体化元素,在不降低韧性的前提下可以提高材料强度和抗腐蚀性能。为了研究氮含量对316L型不锈钢焊接性能的影响,采用两种不同氮含量的316L型不锈钢进行不填丝穿孔等离子弧焊接。通过力学、抗晶间腐蚀等性能的对比,结合金相组织观察,可以看出奥氏体不锈钢中氮元素含量的增加能够提高焊接接头的抗拉强度,但却促进了热影响区晶粒的粗化,导致热影响区的低温冲击性能降低。     

可持续发展的高氮奥氏体不锈钢

氮能够替代奥氏体不锈钢中的镍，这样得到的产品：通过节省资源，环境友好；由于氮的成本低更加经济；强度非常高，极大值达3600MPa；比相同强度的其他钢韧性高；在耐局部腐蚀方面，1％氮等于20％铬含量；更加耐应力腐蚀破裂；生物适应性方面不会产生镍过敏。综合这些优点将使高氮奥氏体不锈钢成为未来可持续发展的首选材料，产品使用寿命更长，用较少的材料做更多的产品。这种钢的缺点是可焊接性受限制；需要特殊的生产工艺。高氮奥氏体不锈钢已经作为专用产品在使用，可工业规模生产不同形式的产品。广泛应用要求掌握大规模生产的工艺技术。从可持续发展的观点出发概括有潜力产品应该要求钢具有资源节约、低成本、高强度、高韧性和高耐腐蚀性的特点。为了实现可持续发展的目的，可以利用现有生产设备生产高氮钢。     

用等离子旋转电极工艺生产高氮钢

为了寻求高效、经济的高氮钢生产工艺,用等离子旋转电极工艺(PREP)生产高氮钢并测试了所生产的几种典型高氮钢的性能。结果表明,氮可显著地提高奥氏体不锈钢1．4301的室温及高温强度;氮可以提高马氏体不锈钢的强度。为保证高氮马氏体不锈钢的淬透性,应根据氮含量适当降低其碳含量或提高铬含量。对于铬含量为17％的马氏体不锈钢1．4122,其碳和氮的总含量不应超过0．65％;当氮含量达到0．24％时,铁素体不锈钢1．4016转变成为马氏体钢,其强度高于碳和氮的总含量与其相当的普通马氏体不锈钢1．4122。     

高氮钢的基础研究及应用进展

介绍了高氮钢结构特点的最新研究,高氮钢平衡相图的进展及其在高氮钢成分设计方面的应用;概括了氮在钢液中的溶解度公式和高氮钢熔炼过程中的关键问题;分析了氮在奥氏体钢、铁素体钢和双相不锈钢中的作用,即氮在不牺牲强度的同时不仅提高了钢的韧性,且改善了钢的抗腐蚀性能;并列举了一些典型的高氮钢的用途。     

金属增材技术在钢铁领域的研究进展

随着增材制造技术的日益成熟,其在钢铁材料制备领域逐渐崭露头角。首先介绍了国内外增材制造技术的发展现状,简述了目前增材制造金属材料的前沿技术;之后汇总了大量增材制造钢铁材料的研究成果,包括不锈钢粉末的制备技术、增材制造不锈钢改性工艺、先进钢铁丝材的增材制造等;从多个角度回顾了近几年来国内外增材制造钢铁材料的研究进展。基于对现有研究成果的总结,指出了增材制造技术在未来钢铁材料领域的重要意义,并为中国钢铁材料增材制造技术的发展提出了展望与规划。     

固溶氮化的无镍高氮奥氏体不锈铜诱发晶间断裂的因素

1前言为防止镍对人体皮肤造成过敏,目前制造金属医疗器具的主要材料是采用无镍高氮奥氏体不锈钢。另外,由于添加氮显著地提高了不锈钢的强度性能和耐腐蚀性能,所以人们预计高氮奥氏体不锈钢可能用于骨折患者体内固定的骨接合植入物（如接骨板,髓内钉）。     

增材制造用钛合金粉末的制备现状

钛合金因其具有高的比强度、比刚度和良好的耐腐蚀性能,广泛应用于航空航天、汽车以及增材制造等领域。球形钛合金粉末是增材制造的核心原料,对3D打印产品的质量起着关键作用。目前增材制造用钛合金粉末的主要制备方法包括电极感应熔炼气雾化法(EIGA)、等离子旋转电极雾化法（PREP）和氢化脱氢—等离子球化联合法（HDH-PS）等,介绍这些制备方法的原理及研究现状,探究钛合金球形粉末制备技术的影响因素,进而展望增材制造用钛合金粉末技术未来的发展方向。     

Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺

为了研究Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺,采用加压感应炉+保护气氛电渣重熔工艺进行Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺试验,冶炼过程中采用氮化合金与加压氮气渗入相结合的方法增氮。结果表明,随着氮气分压的增加,钢中氮质量分数随之增大;当冶炼过程中氮气分压提高0.03 MPa时,能够成功抑制皮下气泡的生产;试验钢经保护气氛电渣重熔后,钢中夹杂物会普遍降低,主要为细小的方形TiN夹杂。     

增材制造高强钢的研究进展及应用

高强钢具有高的强度及韧性,在航空航天等领域具有重要地位。大型关键重载构件存在锻造难度大、对热加工要求高等问题,限制了其进一步发展和应用。增材制造技术可以实现金属构件的高性能精确快速成形,为高强度钢的制造提供了一条新途径。本文介绍了增材制造高强度钢的成形特性,综述了增材制造高强度钢的组织演变规律和力学性能特征。研究表明,工艺参数对增材制造高强度钢的致密度、熔覆层宽度和高度均影响较大,进而影响成形件内部质量。热累积会使层间组织变粗大,同时使不同部位的组织发生不同的固态相变,使高强钢的组织更加复杂;热处理可以显著提高增材制造高强度钢的综合力学性能;最后对高强度钢增材制造过程中需要进一步深入研究的问题进行了探讨和展望。     

金属材料电弧增材制造技术研究现状

电弧增材制造（WAAM）技术将电弧作为热源，具备熔敷效率高、设备简单、成本较低的特点，在制备大型零件时具有更大的优势。基于3种典型电弧热源的电弧增材制造方法包括熔化极电弧（GMA）增材制造、非熔化极电弧（GTA）增材制造与等离子弧（PA）增材制造。GMA增材制造技术拥有熔敷效率高、易于实现等特点，特别是基于冷金属过渡（CMT）的增材制造技术取得了重要进展，主要缺点在于熔滴过渡对熔池的显著冲击易影响成形精度和质量。GTA增材制造技术具有最为稳定的电弧燃烧过程，具有无飞溅、成形精度与质量高等显著优势，特别适合于铝合金、镍基合金、钛合金等材料的增材制造。PA增材制造与GMA增材制造与GTA增材制造相比，存在能量密度高、集束性好等优点。但是PA合理参数区间较窄、参数匹配复杂、热输入大等缺点也限制了其在该领域的应用。由于增材制造过程使得后堆积层存在反复加热与冷却，增材制造成形件组织存在上中下区域的差异以及熔敷方向及垂直于熔敷方向性能的各向异性。增材制造金属材料的热循环过程对于晶粒尺寸、熔覆层性能以及成形精度非常关键，分别可以通过改变成形件冷却条件、改变熔池凝固条件对组织性能进行改善。新型电弧热源...     

粉末冶金成为高氮钢制备中最有潜力的研究方向之一

<正>高氮奥氏体钢用廉价的氮代替贵金属镍来稳定钢中奥氏体,能够在不损害塑性和韧性的情况下,显著提高钢的强度,因而在许多领域都获得了十分广阔的发展和应用前景。高氮钢现有的制备方法主要是熔炼法和粉末冶金法。由于高压冶炼高氮钢制备技术存在能耗高、设备复杂等不足,而粉末冶金生产高氮钢的优势在于能够细化晶粒,可以通过非平衡方法获得过饱和的含氮固溶体和细小沉淀相,能较为容易地获得更高的氮含量,并可实现近终成形,另外其工艺灵活、资金投入低,因此成为当前高氮钢制备中最有潜力的     

冷轧变形量对高氮奥氏体不锈钢Mnl7Crl9N0.6组织和性能的影响

对感应炉-电渣重熔冶炼的节镍型高氮奥氏体不锈钢Mn17Cr19N0.6的3mm热轧板进行变形量10%～60%的冷轧及拉伸实验。结合金相组织观察及XRD物相分析,研究高氮奥氏体不锈钢冷变形过程中微观组织变化规律,得出结论:在冷轧过程中,随着变形量的增加,实验钢中晶粒的形状由块状到压扁拉长状,滑移从单滑移为主到交滑移,孪晶最终被分割破碎。实验钢在不同冷轧变形量后的组织均为单一的奥氏体相,并没有出现其他相,实验钢在冷变形过程中没有发生马氏体转变,因此,实验钢在冷轧过程中没有通过相变强化,以形变强化为主,抗拉强度从冷轧变形量为10%时的1045 MPa升高至变形量为60%时的1880MPa,因此通过冷变形可以制备出不同强度级别且组织为单一奥氏体的特种材料。     

冷轧变形量对高氮奥氏体不锈钢Mn17Cr19N0.6组织和性能的影响

对感应炉-电渣重熔冶炼的节镍型高氮奥氏体不锈钢Mn17Cr19N0.6的3mm热轧板进行变形量10%～60%的冷轧及拉伸实验。结合金相组织观察及XRD物相分析,研究高氮奥氏体不锈钢冷变形过程中微观组织变化规律,得出结论:在冷轧过程中,随着变形量的增加,实验钢中晶粒的形状由块状到压扁拉长状,滑移从单滑移为主到交滑移,孪晶最终被分割破碎。实验钢在不同冷轧变形量后的组织均为单一的奥氏体相,并没有出现其他相,实验钢在冷变形过程中没有发生马氏体转变,因此,实验钢在冷轧过程中没有通过相变强化,以形变强化为主,抗拉强度从冷轧变形量为10%时的1 045 MPa升高至变形量为60%时的1 880 MPa,因此通过冷变形可以制备出不同强度级别且组织为单一奥氏体的特种材料。     

新200系：镍价过高的解决方案？挑战还是机遇？

50多年来一直在考虑添加锰来代替奥氏体不锈钢中的镍,以期降低合金附加费,尤其在镍价上涨时。这就促使了所谓的200系的发展。这类钢中添加了氮以进一步稳定奥氏体相。铜的添加也有助于奥氏体的稳定。随着铜的加入,可以减少氮的加入量以获得较软的锰奥氏体钢。直到上个世纪末,此钢只是在像印度这样少数几个国家获得应用,主要是其具有高的强度和延展性（通过加入高氮和／或冷变形提高强度）。最近亚洲生产了大量的200系不锈钢。     

增材制造技术制备生物植入材料的研究进展

增材制造技术突破了传统模具加工工艺的限制,可用于高效个性化定制生物医用材料。近年来,医学上对骨骼修复和移植的个性化需求显著增加,增材制造可满足该定制化的需求,促使增材制造技术在生物医用材料领域占据重要地位。随着材料科学技术和计算机辅助技术（CAD/CAM）的发展,可用于增材制造的生物植入材料不再局限于钛系、钽系、钴铬钼等合金,聚醚醚酮、磷酸钙盐等非金属类材料因良好的生物相容性也得到了广泛应用,增材制造技术制备仿生人造骨植入体成为新的研究热点。本文介绍了增材制造技术的原理,对激光、电子束、光固化等增材制造技术进行了比较,并阐述了增材制造在生物植入体和医疗器械方面的应用现状,对增材制造技术在医疗领域的应用及发展做了展望。     

高氮奥氏体钢的韧脆转变与层错能的关系

在-60℃至室温范围内,采用夏比冲击试验测定材料的韧-脆转变温度,并通过对冲击断口的X-射线测试层错能等方法,对几种不同含氮量奥氏体不锈钢在低温下发生韧-脆转变的现象进行了研究。结果表明：在超高氮奥氏体钢中,随氮质量分数的增加该钢种发生韧-脆转变的温度上升,层错能减少,韧性越来越差。     

激光和电弧增材制造TC4钛合金组织和性能研究

以TC4粉末和焊丝为原料,利用激光和电弧增材制造方法分别制备块状试样,对比分析了热处理对试样显微组织和力学性能的影响。结果表明:增材试样的宏观组织均为粗大β柱状晶,试样微观组织均为细小的网篮组织。经退火处理后,激光增材试样显微组织中α相随着不断生长互相截断,α相呈短棒状;电弧增材试样显微组织变为粗大的网篮组织,两种试样的α相长宽比均减小。退火处理使试样强度略降低而塑性得到明显提高,两种增材制造沉积态和退火态试样强度相差不大,但由于电弧增材沉积态和退火态试样显微组织中α相长宽比较大以及气孔率相对略高,造成其塑性较低,较激光增材试样分别下降38%和31%,二者拉伸断裂方式相同均为韧性断裂。     

模具钢增材制造及其性能的研究进展

随形冷却模具一般具有复杂的异形流道,能够大大提高冷却效率和产品的表面质量,但是其加工难度非常大.增材制造是一种通过逐层累加实现构件成形的技术,其优势是能实现材料的内部复杂结构.粉末的制备是增材制造的基础也是关键步骤,粉末质量的高低一定程度上决定了增材件的好坏,常见的模具钢粉末制备方法有气雾化法和等离子旋转电极雾化法.增...