更多實(shí)質(zhì)性問(wèn)題，請點(diǎn)擊右側咨詢(xún)窗口，在線(xiàn)與客服溝通或聯(lián)系我們的銷(xiāo)售代表。江蘇激光聯(lián)盟簡(jiǎn)介:本節是鋼鐵材料激光增材制造過(guò)程中的研究進(jìn)展與挑戰第四部分17-4PH。不銹鋼進(jìn)展和挑戰。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大多數鋼材料將通過(guò)析出除碳化物之外的其他物質(zhì)的時(shí)效硬化過(guò)程來(lái)強化。
AM技術(shù)中更常見(jiàn)的PH鋼是17-4PH鋼，因為該合金具有良好的印刷適性和廣泛的應用范圍，其廣泛的應用范圍是因為該合金具有良好的高強度和耐腐蝕的綜合效果。在傳統的制造工藝中，鑄造后，17-4PH鋼零件要進(jìn)行固溶熱處理。這種典型的熱處理過(guò)程是1040°C @ 1h，較厚的樣品需要較長(cháng)的固溶熱處理時(shí)間。固溶處理并淬火至室溫后，馬氏體組織中會(huì )存在過(guò)飽和的Cu。經(jīng)歷這一過(guò)程的稱(chēng)為狀態(tài)a，部件經(jīng)過(guò)熱時(shí)效處理過(guò)程，誘導出富Cu的析出相，析出相為納米級。應用于17-4PH鋼的更常見(jiàn)的時(shí)效處理溫度是482 ℃@ 1h， 并且在該處理之后將獲得更高的機械強度。這種熱處理過(guò)程稱(chēng)為H900態(tài)。在這種狀態(tài)下，零件的極限抗拉強度可達1380MPa左右。
15-5PH不銹鋼這是一種類(lèi)似于17-4PH鋼的材料。雖然沒(méi)有廣泛使用，但這種合金也已經(jīng)用AM技術(shù)制造出來(lái)了，其相應的性能也進(jìn)行了大量的評估和研究。該合金仍然是馬氏體沉淀硬化。不銹鋼改變合金成分使合金的變形抗力高于17-4PH鋼，這是由于δ-鐵素體顯微組織含量水平的降低。Cu析出相動(dòng)力學(xué)與17-4PH鋼相似，導致這兩種合金在H900熱處理后出現時(shí)效硬化峰值。
廣泛用于A(yíng)M印刷的馬氏體時(shí)效硬化鋼是18Ni300馬氏體時(shí)效硬化鋼。從奧氏體相場(chǎng)淬火后形成馬氏體組織，在400 ~ 500°C溫度范圍時(shí)效處理后析出Ni3(Ti，Mo)相，隨后析出Fe7Mo6相。18Ni300馬氏體時(shí)效硬化鋼經(jīng)482°C @ 6h時(shí)效處理后，極限抗拉強度(UTS)可超過(guò)2200MPa。這種高強度可以使這種合金廣泛應用于軍事和航空航天領(lǐng)域。
本章將總結文獻中AM技術(shù)制造的PH鋼的影響，其中大部分集中在17-4PH鋼。
15–5PH不銹鋼
采用AM技術(shù)制造15-5PH鋼可以獲得比傳統制造技術(shù)更好的力學(xué)性能。將SLM制造的15-5PH鋼與傳統制造工藝制造的15-5PH鋼進(jìn)行比較，可以觀(guān)察到馬氏體組織的明顯差異，AM制造的材料呈現更短更窄的板條馬氏體。與變形材料相比，AM制材料的UTS(極限抗拉強度)在590°C時(shí)可提高約34%，達到830MPa，但韌性降低50%，伸長(cháng)率為9%時(shí)就會(huì )失效。在另一項由SLM制造的15-5PH鋼的研究中，在時(shí)效硬化熱處理后，與變形的15-5PH鋼相比，其屈服強度(YS)在平行方向上增加了約10%，但在垂直方向上降低了約6%。不考慮制造方向，與傳統制造工藝相比，UTS值有小幅增加 (平行方向約11%，垂直方向約12%)。所有這些樣品在老化過(guò)程中都是解理斷裂。由SLM制造的15-5ph鋼在夏比沖擊試驗后的斷裂韌性測量為10.85±1.20J/cm2。在變形合金樣品的范圍內(9.4-18.6J/cm2)。SLM制造的15-5ph鋼的顯微硬度遠高于變形合金的顯微硬度。在橫向上，AM制得的樣品為500HV0.5，比變形樣品高56%。
是的，PH系列不銹鋼一般來(lái)說(shuō)，循環(huán)加載是這種合金應用的理想場(chǎng)合。因此，構件的疲勞性能成為AM制造這種鋼更重要的性能。SLM制造的15-5ph鋼的疲勞性能比傳統工藝制造的合金降低了20%。這主要是由于SLM制造的元件表面粗糙度差。AM制造產(chǎn)品表面精度的提高和表面缺陷的去除可以顯著(zhù)提高疲勞性能，但這對于傳統的鍛造合金并不明顯。然而，表面缺陷對AM制造的15-5PH鋼的疲勞性能有很大的影響，這已為觀(guān)察結果所證實(shí)。然而， AM工藝制造的15-5ph鋼結合參數的優(yōu)化和表面精度的提高，其疲勞性能可與鍛造合金相媲美。
AM制造的15-5PH鋼的高溫蠕變性能還沒(méi)有被廣泛研究。與傳統變形合金相比，SLM制造的15-5ph鋼在530°c時(shí)的蠕變性能可提高約17%。其背后的原因尚未完全了解。
圖1示出了由SLM工藝制造的合金(載荷方向平行于X-Y平面)的應力-應變曲線(xiàn)由黑線(xiàn)表示，由傳統工藝制造的17-4PH鋼由紅線(xiàn)表示。低應變率、準靜態(tài)拉伸試驗結果。高應變率動(dòng)態(tài)拉伸試驗結果。
17–4PH不銹鋼
與變形零件相比，AM制造的17-4PH鋼的韌性會(huì )降低。在狀態(tài)A和H900中，由AM制造的17-4PH鋼的強度高于傳統樣品，但斷裂伸長(cháng)率降低。這一結果在低應變率(準靜態(tài))和高應變率(動(dòng)態(tài))拉伸試驗中都是成立的，如圖1所示。對17-4PH鋼的許多研究表明，與傳統合金相比，強度增加，韌性降低。強度提高的原因是AM制件的顯微組織得到細化，而韌性下降的原因是AM工藝制件中存在氣孔。
Lass等人對SLM制造的17-4PH鋼經(jīng)過(guò)不同熱處理后的試樣與A狀態(tài)下的傳統合金(YS824MPa，UTS1121MPa，斷裂伸長(cháng)率10%)進(jìn)行了大量的對比研究。另一種固溶退火工藝可以使鍛造合金獲得大于90%的YS。作為比較，處于沉積狀態(tài)和狀態(tài)A的AM樣品的YS約為變形狀態(tài)的55%。與傳統工藝相比，新處理工藝獲得的UTS也顯著(zhù)提高，但韌性降低。后熱處理對微觀(guān)結構的影響如圖2所示，該圖顯示了AM制造17-4PH鋼時(shí)獲得的不同微觀(guān)結構。對于沉積態(tài)的17-4PH鋼，可以清楚地觀(guān)察到熔池邊界和胞狀凝固結構(見(jiàn)圖2a)，但是在均勻化和固溶處理之后(在狀態(tài)A的處理之后)， 這種凝固結構消失。獲得的微觀(guān)結構(圖2b)相當于變形合金的微觀(guān)結構(見(jiàn)圖2c)。其他研究也表明，AM制造的17-4PH鋼在熱處理后顯微組織發(fā)生顯著(zhù)變化，這些顯著(zhù)的顯微組織變化也會(huì )導致AM制造的17-4PH鋼零件性能的提高。
SLM制造中使用的原料粉末的特性對于所得產(chǎn)品的機械性能非常重要。已經(jīng)發(fā)現，通過(guò)改變17-4PH粉末和/或調節激光的能量密度，變形合金的拉伸強度等于或高于變形合金的拉伸強度。Pasebani等人研究了SLM用氣霧化粉末或水霧化粉末制成的構件與傳統工藝制成的構件的對比，以及不同熱處理工藝對力學(xué)性能的影響。在A(yíng)M制造過(guò)程中，采用1051°C @ 45m in的固溶處理條件和482°C @ 1h的時(shí)效條件，用氣體霧化粉末SLM制造的零件，與傳統方法制造的零件相比，具有較高的強度、相當的YS和優(yōu)良的UTS。在時(shí)效處理之前，當固溶處理條件為1315 ℃@ 1小時(shí)時(shí)， 水霧化粉末制件的YS和UTS顯著(zhù)提高。這是由于馬氏體板條結構的細化。與傳統工藝相比，使用水霧化粉末的AM產(chǎn)品性能相對較差，YS下降約15%，UTS下降約4%。這種差別非常明顯，因為水霧化粉的價(jià)格比氣霧化粉低很多。
圖217-4ph不銹鋼金相顯微組織
說(shuō)明:(a)SLM制造的沉積狀態(tài)；(b)均化；(c)變形形式的合金。這些微觀(guān)結構平行于SLM的制造方向和17-4ph變形合金的軋制方向。不銹鋼金相顯微組織鋼
觀(guān)察到顯微組織中的奧氏體將顯著(zhù)影響17-4PH鋼的機械性能，因為奧氏體在機械測試期間轉變?yōu)轳R氏體。由AM制造的17-4PH鋼，當含有大量奧氏體時(shí)，將像TRIP鋼一樣表現出顯著(zhù)的韌性和加工硬化特性。AM制造17-4PH鋼時(shí)，會(huì )有大量的奧氏體組織，或者直接時(shí)效時(shí)(如制造時(shí)沒(méi)有固溶時(shí)效處理)。Lebrun等人的研究結果表明，與傳統工藝相比，這些樣品具有相當大的韌性。例如，沉積態(tài)AM產(chǎn)品具有36%體積的殘余奧氏體， 并且老化伸長(cháng)率為16.2%。傳統變形合金的時(shí)效伸長(cháng)率為15%。在SLM制造17-4PH鋼中奧氏體的保留將增加壓縮和拉伸期間的韌性。圖3a顯示了由SLM制造的17-4PH鋼的微觀(guān)結構，而圖3b顯示了沿著(zhù)熔池邊界增加的奧氏體結構。
圖17-4PH由3SLM制造不銹鋼EBSD拉絲鋼基于
插圖:A Imagequalitymap和B PhaseMap。熔池邊界的大致位置用黑色虛線(xiàn)標出。不同層之間熔池形狀的明顯差異在于每層旋轉90°的掃描結果。
當采用SLM制造工藝和傳統工藝進(jìn)行制造時(shí)，其微觀(guān)結構和力學(xué)性能的對比會(huì )表明，其抗拉強度在幾乎所有情況下都會(huì )表現出顯著(zhù)的變化。然而，SLM制造的樣品幾乎沒(méi)有一個(gè)能與H900狀態(tài)的傳統鍛造合金的YS或UTS相比。這種力學(xué)性能的變化主要是由于SLM制備的樣品中存在顯著(zhù)的殘余奧氏體，同時(shí)顯微組織中存在孔隙。觀(guān)察沉淀硬化鋼中奧氏體的存在會(huì )影響其硬度是非常重要的，因為固溶原子在奧氏體中比在鐵素體或馬氏體中溶解得更多。這限制了老化過(guò)程中形成沉淀相的能力。在17–4PH鋼和18Ni300馬氏體時(shí)效硬化鋼中都觀(guān)察到微觀(guān)結構中缺少奧氏體區域， 其中每一個(gè)都是在熱老化后觀(guān)察到的。圖4顯示了18Ni300馬氏體時(shí)效硬化鋼的原子探針?lè )治鼋Y果。圖4ab顯示了馬氏體微結構的區域，每個(gè)區域都經(jīng)歷了174phh900的熱老化。在封閉的等濃度面上形成金屬間化合物相。相反，圖4c中的原子探針數據顯示了AM制造的樣品中奧氏體和馬氏體區域之間的界面。與馬氏體的損失相比，奧氏體中析出相的總損失非常明顯。
圖418 ni 300馬氏體時(shí)效硬化鋼的原子探針斷層掃描
說(shuō)明:艾德(LMD)也是同樣的材質(zhì)；b .用傳統制造技術(shù)制造的材料；(c)此外，通過(guò)DED工藝制造的材料的數據顯示了奧氏體和馬氏體之間不同的沉淀行為。
AM制造的氣氛也影響17-4PH鋼的機械性能。利用DED技術(shù)研究了制造氣氛對17-4PH鋼力學(xué)性能的影響。氣氛分別是氬氣和空氣。AM制得的所有樣品的UTS都低于傳統合金。熱處理后，空氣中AM制得的樣品強度提高，空氣中制得的樣品UTS為1145MPa。在A(yíng)r，同州增長(cháng)了7%。對微觀(guān)結構的進(jìn)一步分析表明，這是由非晶氧化物的彌散作用和N在空氣中的固溶強化作用引起的。此外，當在N2氣氛中印刷時(shí)，獲得的馬氏體將導致17-4PH鋼零件的UTS和韌性與傳統工藝相當，這是由于拉伸試驗中塑性變形引起的明顯應變硬化。
下圖顯示了用不同添加劑制成的17-4PH鋼樣品的UTS和韌性組合的總結。此圖還顯示了傳統制造工藝和AM工藝制造的17-4PH鋼的性能對比。從圖中可以看出，不同的AM工藝參數，不同的表面處理，不同的熱老化后處理，在不同的研究和不同的樣品之間有很大的差異。同時(shí)，合金的性能也發(fā)生了很大的變化。同時(shí)可以觀(guān)察到，在工藝參數沒(méi)有優(yōu)化的情況下和熱處理后，材料的強度和韌性都會(huì )較差。不過(guò)這張圖也指出了優(yōu)化參數后， 性能幾乎可以與傳統制造工藝相當甚至更好。Facchini等人報道了可以獲得UTS和韌性的優(yōu)異組合，這是由拉伸試驗中應變誘發(fā)馬氏體的形成引起的。Rafi等人將樣品中韌性的增加歸因于相同的效果。
圖517–AM和傳統工藝生產(chǎn)的4ph鋼樣品的極限抗拉強度和伸長(cháng)率的結果。
在優(yōu)化的工藝參數和適當的熱處理條件下，AM的pH值為17–4。不銹鋼其顯微硬度可與傳統工藝制造的17-4PH相同。不銹鋼挺(~ ~450HV0.5)。
由SLM制造的17–4ph。不銹鋼與傳統工藝相比，合金的磨損性能主要取決于主導磨損機制。在干摩擦過(guò)程中，傳統工藝制造的樣品顯示出比SLM大得多的磨損率。這是因為SLM制造工藝造成的微細微結構和高顯微硬度。然而，在潤滑條件下，SLM制備的樣品具有較高的磨損率。這主要是由于潤滑劑改變了主要的磨損機制，從粘著(zhù)磨損變?yōu)楸砻嫫诤湍p。
圖6AM 17-4PH鋼，熱處理工藝和疲勞性能示意圖。
對AM制造的17–4PH鋼的一些疲勞研究也研究了熱處理對這些樣品疲勞性能的影響。經(jīng)過(guò)固溶退火和時(shí)效處理后，在相同的熱處理條件下，SLM制造的構件的疲勞性能會(huì )低于傳統工藝制造的構件。Yadollahi曾報道SLM制造的17–4ph鋼的疲勞性能比傳統工藝制造的零件低4倍，這主要是由于SLM制造工藝的缺陷。同時(shí)，研究人員報道，經(jīng)過(guò)固溶熱處理和時(shí)效處理，然后進(jìn)行H900處理，其疲勞性能在低周下可以得到改善， 但在高周疲勞循環(huán)中變得更糟。這是由于熱處理增加了對雜質(zhì)的敏感性。這種敏感性對低周疲勞不敏感。在傳統的鍛造合金中沒(méi)有觀(guān)察到這種現象。當SLM制造15-5PH鋼時(shí)，也觀(guān)察到這種現象。
制造方向會(huì )影響冷卻速度，導致微結構和制造層的堆積，對SLM制造的樣品的力學(xué)性能有很大影響。例如，下圖顯示了在SEM觀(guān)察期間獲得的制造層橫截面的微觀(guān)結構。在制造的樣品中有一些孔，這些孔平行于制造的樣品。缺陷的分布可以通過(guò)用X射線(xiàn)CT掃描來(lái)觀(guān)察。
圖7示出了通過(guò)微CT分析獲得的平行于制造層的橫截面和沉積樣品中的缺陷的SEM照片，示出了(A和C)以及沿著(zhù)垂直方向平行于制造軸的方向(B和D)。
未完待續，江蘇激光聯(lián)盟歡迎您的持續關(guān)注！
參考文獻:1。17-4不銹鋼制造的疲勞裂紋行為:建筑原則和微觀(guān)結構的影響，國際疲勞雜志，第123卷，2019年6月，第168-179頁(yè)。
2.effects of heat treatmentandbuildorientationsonthefatiguelifeofselectvelasermelted 15-5ph不銹鋼，材料科學(xué)與工程:A，卷755，7May2019，第235-245頁(yè)，蘇州東锜在生產(chǎn)過(guò)程中，要求每道工序的操作人員進(jìn)行嚴格的自檢和互檢。同時(shí)，IPQC經(jīng)常在現場(chǎng)進(jìn)行抽查，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)處理。出貨時(shí)，OQC再次進(jìn)行嚴格的探傷、硬度、尺寸檢測，確保產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，達到產(chǎn)品在客戶(hù)手中的“零”投訴。
本文部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，我們僅作為信息分享。本站僅提供信息存儲空間服務(wù)，不擁有所有權，不承擔相關(guān)法律責任。如發(fā)現本站有涉嫌抄襲侵權/違法違規的內容，請發(fā)送郵件至tokaits@163.com舉報，一經(jīng)查實(shí)，本站將立刻刪除。
下一篇：k340對應材料美國芬可樂(lè )價(jià)格