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分享:增材制造不锈钢的组织和性能

2022-10-27 14:01:27 

张 龙1,刘 莹2,路 遄1

(1.兰州资源环境职业技术大学,兰州 730123;2.天津钢铁集团有限公司,天津 300000)

:采用金相检验扫描电镜分析等方法对激光融化技术制备的304316L结果表明:材料的轴向结构在增材制造沉积过程中会有不同层间的,到影响;材料的区域成分没有明显偏差,不存在成分偏析及次相的析出;熔体的重力作用会使材料 在纵向存在各向异性

关键词:增材制造;不锈钢;显微组织;性能

中图分类号:TG115.21 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)06-0046-04

增材制造(3D 打印)技术属于快速,在对工件进行数字模型构建的基,3D 打印设备将树脂或塑料进行熔融烧结等,再通过逐 层成型来完成精密成型制造该技术具有定制化的 特点,广泛应用于航空航天军事机械人造骨骼木工程模具饰品生产等领域其中,选择性激光融 化技术(SLM 技术)是利用热源的作用下完全熔化,冶金焊合,再逐层累积成型的一种金属3D ,目前已成为金属精密成型领域重要的沿技之一[1-2]304316L ,,广车配件,随着工艺化定制需求的日益增长,关于不锈钢 3D究需增加者采IGAM-I3D 印 设 ,SLM 技术对304不锈钢和316L不锈快速,分析其成型组织的性能,钢的SLM 工艺奠定了基础

1 试验材料及试验方法

1.1 试验材料的制备

试验材料为304不锈钢和316L不锈钢粉末,径为15μm~53μm,IGAM-I3D,得到规(×)10mm×15mm 激光功率为275W,1000mm/s,厚为0.05mm,扫描间距为0.08mm304316L1

1.2 试验方法

304不锈钢及316L 不锈钢3D 打印试 样沿着垂直于打印方向(横向)印方(纵向)行切割,用美国标乐制样设备进行加工和磨抛后,氯化铁-盐酸溶液对试样进行腐蚀使用蔡M2M 型光学显微镜对试样进行金相检验,EVO MA15型扫描电子显微镜对试样进行分析,同时利 用布鲁克 QUANTTAX400谱仪对试样微区进 行分析,观察区域

2 试验结果

2.1 金相检验结果

1 两种不锈钢材料3D打印横向试样的微观形貌 利用光学显微镜观察经过磨抛的试样,发现横 向试样上局部存在孔洞和微裂纹,孔洞和微裂纹分 布不均匀3043D 裂纹较多,沿,分布 规律;316L不锈钢材料3D 打印试样的横截面没有明显裂纹,孔洞较少且形状较为圆润,有成排分布的趋势,如图1所示

用光3D 印试样,3043D现横纵交错的编织状结构,,纹结构放大观察,发现了更微观的编织状结构,整个 截面的编织状结构不均匀316L 不 锈 钢 材 料 3D 印横试样织形3043D 印横向试的结,316L3D 印横向试样编织状结构整体更为均匀,,两种不锈钢材料3D 打印横向试样腐蚀后的微 观形貌如图2所示

用光学显微镜观察腐蚀后的316L不锈钢材料 3D打印纵向试样,其纵向截面的孔洞和裂纹也较 ,组织形态呈现鱼鳞状结构,“鳞片生长方向为 3D打印生长方向的逆方向(见图3)。


2.2 扫描电子显微镜分析结果

用扫描电子显微镜分析304不锈钢及316L 锈钢材料横向试样,发现两种材料横纵交错纤维结 构的微观形貌相同,都呈现蜂窝状结构或管型结构,表现出各向异性,316L不锈钢材料3D 打印横向试 样腐蚀后的微观形貌如图4所示4 316L不锈钢材料3D打印横向试样腐蚀后的微观形貌 5 3D打印316L不锈钢材料纵向试样腐蚀后的微观形貌 采用扫描电子显微镜对304不锈钢和316L 锈钢两种材料的3D 打印纵向试样进,二者放大后的微观形貌相同,“鳞片呈现蜂窝状结构,316L不锈钢材料3D 打印纵向试 样腐蚀后的微观形貌如图5所示在同一个微熔池 下可以观察到多个晶粒,而在晶粒中可观察到多个 存在各向异性的亚晶胞由于其各向异性,有些亚 晶胞在截面上呈现近等轴状的胞状结构,有些亚晶 胞则呈现类豆荚状的柱状结构利用能谱仪对316L 不锈钢材料3D 打印横试样的微区进行分析,发现试样的成分基本均匀,局部元素偏聚及二次相析出,其能谱分析结果如图 6所示

2.3 硬度测试结果

用布氏硬度计对304不锈钢和316L 不锈钢材 3D打印试样分别进行宏观硬度测量,结果如表2 所示304不锈钢材料3D打印试样比316L材料3D,但均在标准

2.4 力学性能测试结果

316L不锈钢材料3D 打印试样和普通316L 不锈钢试样分别进行拉伸试验,结果如表3所示,3可知,3D打印技术制备的316L不锈钢材料 试样的力学性能比普通316L 不锈钢材料试样的屈 服强度和抗拉强度都大,伸长率也有所增大

3 综合分析

不锈钢材料3D打印横向试样编织状的层叠貌明显,许多位置的编织状纤维部分形貌光滑连贯形态均匀原材料颗粒在逐层快速高温熔融 后的快速冷却堆积过程中,后沉积层在高温沉积时 放出的热量传递给前沉积层,这种反复微区热处理 必然会对前沉积层产生影响,而出现工件不同区域 的组织不均[3-4]纵向试样上的鱼鳞状结构特点说明大量金属颗 粒经过激光轰击熔化后,处在短暂熔融期的金属小液 滴在重力作用下有向下滴落的运动趋势,其迅速凝固 ,保留了这一特点,所以每一熔积层结构的下端会 有近圆形的形貌呈现出来,凝固后的纵向试样存在明 显的各向异性,最终形成了类似鱼鳞状的形态[5-6]在相同工艺下,316L不锈钢材料3D打印试样明 显比304不锈钢材料3D打印试样的致,陷和孔洞更少,均匀性更佳,同时也说316L材料3D打印试样不同位置的硬度较为均匀为添加的钼元素使其淬透性更强,有利于3D程中快速成型,且具有回火稳定性,对于钢的和耐磨性具有正向作用[7],可提高钢的热强度最终 成型的316L不锈钢材料3D打印试样的综合性能优 304不锈钢材料3D打印试样

4 结语

(1)SLM 打印技术可得到结构致密且均匀学性能良好的定制化材料,该工艺制得的材料具有 较好的轴向均匀性,同时存在生长方向的各向异性(2)3 印工艺下, 04不锈钢和316L不锈钢在相同的3D 316L构更为均 ,缺陷更少,,(3)同的3D 打印 工艺,316L材料

参考文献: [1] 田杰,,,.现状[J].,2017,31(5):90-91. [2] ,,.3D [J].(),2018,54(11):799-804. [3] 尹燕,,,.选区激光熔化成型316L钢微观组织及拉伸性能分析[J].焊接学报,2018,39 (8):77-81. [4] 余晨帆,赵聪聪,张哲峰,.选区激光熔化316L不锈 [J].,2020,56(5):683-692. [5] 彭小,,,.316L[J].(),2019(4):26-32. [6] CASATIR,LEMKEJ,VEDANIM.Microstructure andfracturebehaviorof316Lausteniticstainlesssteel producedbyselectivelaser melting[J].Journalof MaterialsScience & Technology,2016,32(8):738- 744. [7] 蔡新荣,韦生,吕增,.304/304L 316/316L 体不锈钢焊接性能的对比与分析[J].钢结构,2012, 27(增刊1):366-369.