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激光直接沉积高强度奥氏体不锈钢的研究

杨志翔  
【摘要】:提高力学性能是激光3D打印金属零件走向实用化所要解决的核心问题。如何在获得高沉积效率和高尺寸精度的条件下,提高力学性能、消除各向异性是亟待解决的关键技术。本研究基于实验室自主研发的330高强度铁基合金粉末,通过激光直接沉积(DLD)的方法制备了单壁和块状两种形状的试样,并对激光工艺、显微组织和力学性能进行了系统的研究。通过正交试验对单壁试样的工艺参数进行了优化,并利用优化的工艺参数分别制备了330和316L的单壁试样。对块状试样的工艺参数进行了优化,发现减少粉末离焦量、降低扫描速度、提高激光功率有利于提高块状试样的粉末利用率和沉积厚度。330单壁试样的显微组织为细长的枝晶组织,而316L为柱状晶组织。330块状试样的枝晶组织比单壁试样的细小,且随着激光功率增加逐渐粗化。可以将块状试样的显微组织分为三个区域,中心细晶区、热影响区、白亮带,其中白亮带的显微硬度明显低于其他部位。330单壁试样的力学性能表现出很强的各向异性,水平方向抗拉强度和延伸率都高于垂直方向。330合金的抗拉强度比316L高一倍,但是延伸率只有316L的四分之一。330块状试样的显微硬度、抗拉强度随着激光功率提高而降低,而延伸率随激光功率提高而增加。块状试样显微硬度比单壁试样高20HV左右,抗拉强度比单壁水平方向高60MPa,延伸率低1.5%。在1150℃下对块状试样进行固溶处理,显微硬度和抗拉强度分别降低到310HV和880MPa,延伸率最高可以提高到19%。在碱性高锰酸钾腐蚀下,单壁和块状试样的白亮带都被腐蚀成黑色。精细组织结构分析发现在枝晶间区域生成了很多层片状的σ相,黑带区域σ相明显粗化。σ相在枝晶间区域弥散分布起到了很好的强化作用,显著提高330合金的力学性能,但是也造成了一定的脆性。进行固溶处理后,晶间区域的σ相溶解生成富Cr区,从而提高了塑性。


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