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不锈钢粉真空松装烧结的研究

研究了３１６Ｌ不锈钢粉注射成形等低压成形工艺的粉末真空松装烧结行为及其影响因素。通过添加石墨实现脱氧控碳，分析比较了气，水雾化粉真空松装还原烧结行为的差异。     

多层316L不锈钢板真空扩散连接研究

实现了150层316L不锈钢板的真空扩散连接,通过拉伸测试和金相观察,得到了接头力学性能和界面组织特征。结果表明,高温退火后母材的屈服强度和拉伸强度明显下降,断后伸长率显著提高。相较于高温退火后母材的力学性能,垂直试样的屈服强度高,但拉伸强度和断后伸长率低;平行试样屈服强度高,拉伸强度与母材相当,断后伸长率低。室温和高温垂直/水平拉伸试样均呈现出典型塑性断裂特征。接头顶部、中部和底部等各区域扩散连接质量良好,界面组织特征相似。     

超细316L不锈钢粉末注射成形的脱脂工艺

采用溶剂脱脂和热脱脂相结合的方法,研究了超细316L不锈钢粉末注射成形坯的脱脂工艺。注重考察了升温速度和保温时间对不锈钢注射坯的热脱脂工艺的影响。研究表明注射成形坯经正己烷溶剂脱脂后,石蜡组元全部被脱除。其它组元在后续的热脱脂中被去除,确定了优化的升温速度和保温时间,试样没有出现缺陷,并缩短了脱脂周期,该周期大约为10小时。     

316L不锈钢等离子弧焊接工艺研究

针对12 mm厚316L不锈钢对接接头进行等离子弧焊接(PAW)工艺试验,确定了等离子弧焊接参数。试验表明,316L不锈钢等离子弧焊接接头常规力学性能、弯曲工艺性能及晶间腐蚀试验符合相关标准要求。该工艺成功应用于某厂废水汽提塔项目,效果良好。     

316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究

目的 减少1 mm厚度316L不锈钢薄板在焊接生产过程中出现的缺陷等问题,并提高不锈钢薄板焊缝成形质量和焊接接头力学性能。方法 采用脉冲激光焊接技术实现对厚度1 mm的316L不锈钢薄板的精确焊接,并利用金相显微镜、维氏硬度计、万能拉伸试验机和扫描电镜对焊缝的表面形貌、微观结构、力学性能、断口形貌进行表征分析。结果 当激光功率为403 W、输出电流为150 A、焊接速度为150 mm/min、离焦量为−5.525 mm时,焊缝正反面的形貌规则无缺陷。焊缝区内的微观结构主要由δ-铁素体和奥氏体2种晶粒构成,相较于母材及热影响区,焊缝区晶粒尺寸更细小均匀,平均硬度为156HV,表现出更高的硬度特性。焊接接头的抗拉强度和屈服强度均值分别达到643.28 MPa和305.95 MPa,相对于母材的强度分别提高了7%和49%;平均断后伸长率为37.2%,达到原始母材伸长率的55%;断裂呈现韧性断裂的塑性变形和延展性特征。结论 优化调整焊接工艺参数后,1 mm厚度316L不锈钢薄板的焊缝成形质量提高,无缺陷且微观组织分布均匀,焊接接头强度显著提高。     

激光快速成形316L不锈钢研究

介绍激光快速成形316L不锈钢的有关情况，研究了不同激光和扫描速度情况下，单道激光熔覆层及多道搭接的组织及宏观形貌，研究了不同工艺条件下所制备薄壁墙的组织及性能，在此基础上进行了简单外形块体材料及复杂外形薄壁零件的制备。研究表明，采用激光快速成形制备的316L不锈钢零件组织致度，成分均匀，具有快速凝固组织特征，力学性能与铸造及锻造退火态相当，可满足直接使用要求。     

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。     

316L不锈钢电弧增材制造工艺研究

目的 研究电弧增材制造过程中焊接速度和层间冷却时间对成形件精度和力学性能的影响。方法 使用316L不锈钢焊丝在钢板上进行20层往复式堆积试验,设置了不同的焊枪运行速度和层间冷却时间,完成了4个金属薄壁墙体的制备,对沉积样品的形貌外观、显微组织、硬度和拉伸性能进行了研究。结果 4组试样的制备过程都比较稳定,表面成形良好,层与层结合较为平滑,层间分明,无裂纹、塌陷等缺陷出现。当层间冷却时间达到一定值时,熔池凝固,样品的成形精度和高度较为稳定。单位时间内加入熔池的金属质量和热输入均随着焊接速度的增大而减小,不同焊接速度下沉积样品的层高和层宽不同。由于焊接速度增大、热输入减小,试样的硬度略微增大,拉伸性能增强。沿薄壁件的构建方向,4组试样的维氏硬度曲线呈波浪形,从每个熔合层的底部到顶部逐渐降低。结论 增材制造工艺参数对产品的成形质量、显微组织和力学性能都有影响,在保证成形过程稳定的前提下,提高焊枪堆积速度能提高产品的力学性能。     

医用316L不锈钢表面改性的研究进展

316L不锈钢作为生物医用材料在近20年内被广泛应用在矫形外科植入物、牙种植体和冠状动脉支架等领域。分析了目前医用316L不锈钢在临床应用中存在的主要问题,指出生物相容性、耐腐蚀性和耐磨损性有待提高和表面改性是改善上述问题的有效途径。综述了医用316L不锈钢表面改性的各种途径及研究成果,并展望了316L不锈钢表面改性的研究趋势。     

316L不锈钢焊接接头高温低周期疲劳显微结构变化和断裂特征

本研究对316L奥氏体不锈钢母材和焊缝分别进行高温低周疲劳试验,对试样的微观结构和裂纹扩展形貌进行观察,分析母材和焊缝在高温低周疲劳循环应力响应下的位错结构和损伤机制。结果表明,316L奥氏体不锈钢母材在试验过程中由于位错增殖和位错湮灭导致发生循环硬化和循环稳定,在焊缝中由于位错湮灭导致发生循环软化。母材和焊缝在连续低周疲劳试验中裂纹主要以穿晶方式扩展,焊接接头处孔洞的连接是最终导致焊接接头疲劳断裂的主要机制。     

离子辐照对316L不锈钢焊缝晶体结构与力学性能的影响

目的 研究不同剂量离子辐照对不锈钢焊缝金属微观组织结构及力学性能的影响机理和影响规律.方法 通过添加3种剂量的氦离子和氘离子对316L不锈钢TIG焊焊缝金属进行辐照,分别使用XRD、纳米压痕与SEM来分析研究离子辐照对316L不锈钢焊缝金属的晶体结构、力学性能以及表面微观形貌的影响.结果 离子辐照后,焊缝金属XRD衍射...     

316L不锈钢基体氧化铝涂层的氢渗透性能

在316L不锈钢上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法沉积了氧化铝涂层。使用XRD、SEM分析氧化铝涂层的物相和微观形貌, 采用气相氢渗透装置对涂层氢渗透行为进行表征。结果表明, 973 K退火处理后涂层为非晶氧化铝, 涂层均匀、完整, 厚度为190 nm。氧化铝涂层的氢渗透压力指数为0.56~0.78, 说明氢渗透过程机制为表面过程和体扩散过程共同控制。氧化铝涂层的表观氢渗透率为P = 1.99×10^-6 exp(-117×10³/RT) mol/(m·s·Pa^1/2)。氧化铝涂层的氢渗透激活能为117 kJ/mol, 远高于316L不锈钢的66.6 kJ/mol, 涂层对氢的渗透具有明显的阻挡作用。此外, 在873~973 K氧化铝涂层对316L不锈钢的氢渗透阻挡因子(PRF)为59~119, 涂层氢渗透阻挡性能优异。     

基于氮气保护的316L不锈钢大功率激光焊接工艺研究

针对316L不锈钢大功率激光焊接气孔问题,利用大功率光纤激光焊接设备,对10 mm厚316L奥氏体不锈钢进行激光焊接试验,发现采用氮气作为侧吹保护气体时,相比纯氩保护气,焊缝气孔率明显下降,焊缝截面更窄。采用氮气作为侧吹实现了成型美观的"小孔型"激光深熔焊接,焊缝正面宽度约2 mm,焊缝背面宽度约1.5 mm,焊缝正面有轻微下凹,深宽比达5∶1。对焊接试板进行了射线检测和渗透检测,均满足NB/T 47013—2015的Ⅰ级标准;对焊接接头按照NB/T 47014—2011进行了力学、工艺性能测试,测试结果均满足标准要求;冲击性能测试显示焊缝冲击性能优良,韧窝明显,为典型的韧性断裂。微观金相显示焊缝区主要为树枝状奥氏体+析出相,热影响区主要为孪晶奥氏体+少量δ铁素体。     

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...     

叶片用316L不锈钢表面激光合金化铬涂层性能及参数优化

采用激光合金化方法在叶片用316L不锈钢表面制备铬涂层性能,并进行组织性能测定以及参数优化。研究结果表明:铬涂层合金化层为月牙状的结构,是一种网状的柱状晶形态。在中形成了具有较大宽度的枝状晶组织形态。在X射线衍射谱图上形成了Fe-Cr与Cr_xFe_y对应的各个衍射峰。硬度表现为由合金化层往基体方向具有明显梯度分布的特征。当激光功率增大后,将会引起铬合金层硬度与厚度的上升;当增大激光扫描速率后,铬合金层发生了硬度先增大后减小的现象,而厚度表现为持续减小的情况;当涂层的厚度增大后,将会引起铬合金层的硬度发生减小的现象,厚度开始增大。确定316L不锈钢表面激光合金化铬涂层最优工艺:激光功率5.5 kW,扫描速率8.5 mm/s,涂层厚度0.15 mm。     

SiC陶瓷与316L不锈钢真空活性钎焊

采用Ag-Cu-Ti活性钎料,通过真空钎焊方法进行了SiC陶瓷与316L不锈钢的连接,研究了接头的界面组织、特征点成分和物相,并探讨了钎焊温度(800~930℃)、保温时间(0~30 min)对接头界面组织和连接强度的影响。结果表明,SiC陶瓷与316L不锈钢钎焊抗剪断口均发生在SiC陶瓷与钎料连接界面处,由于活性元素Ti的作用,在陶瓷与钎料的界面处形成了连续的反应层,反应生成了Ti C和Ti₅Si₃;在316L不锈钢与钎料的界面处,生成了Fe-Ti化合物和Cu-Ti化合物。随着钎焊温度升高及保温时间延长,接头强度均呈现出一个峰值,在温度为900℃,保温20 min的工艺条件下可获得最大接头抗剪强度。     

Evolution of Creep Damage of 316L Produced by Laser Powder Bed Fusion

The damage mechanisms of metallic components produced by process laser powder bed fusion differ significantly from those typically observed in conventionally manufactured variants of the same alloy. This is due to the unique microstructures of additively manufactured materials. Herein, the focus is on the study of the evolution of creep damage in stainless steel 316L specimens produced by laser powder bed fusion. X-ray computed tomography is used to unravel the influence of the process-specific microstructure from the influence of the initial void distribution on creep damage mechanisms. The void distribution of two specimens tested at 600 °C and 650 °C is analyzed before a creep test, after an interruption, and after fracture. The results indicate that the formation of damage is not connected to the initial void distribution. Instead, damage accumulation at grain boundaries resulting from intergranular cracking is observed.