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【南工大】选区激光熔化制造的316L工艺-结构-性能的实验表征及强化机理
发表时间:2023-05-25 阅读次数:151次

引文格式:

GB/T 7714      

Chen Y, Wang X, Li D, et al. Experimental characterization and strengthening mechanism of process-structure-property of selective laser melted 316 L[J]. Materials Characterization, 2023, 198: 112753.

MLA      

Chen, Yefeng, et al. "Experimental characterization and strengthening mechanism of process-structure-property of selective laser melted 316 L." Materials Characterization 198 (2023): 112753.

APA      

Chen, Y., Wang, X., Li, D., Zhou, D., Jiang, Y., Yang, X., ... & Gong, J. (2023). Experimental characterization and strengthening mechanism of process-structure-property of selective laser melted 316 L. Materials Characterization, 198, 112753.

 

背景简介

选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)技术因具备直接成型、近净成型等能力,正逐渐被应用于工业领域。316L不锈钢具有良好的塑性和可加工性,是SLM应用中常见的材料。为了消除SLM成型过程中产生的较大残余应力,通常会对成型的结构进行热处理。在热处理过程中,SLM 316L内部的微观组织,如位错密度、亚结构尺寸、晶粒形态均会发生改变,导致拉伸性能发生变化。研究热处理对微观组织和拉伸性能的影响,对调控SLM 316L拉伸性能、消除残余应力等工作具有指导意义。

目前针对热处理对SLM 316L微观组织和拉伸性能影响的研究具有窄温域、纯定性、单因素等局限性,缺乏一定的科学性和理论性。因此,如何建立宽温域下,多种强化因素耦合的定量关系,对个性化调整SLM 316L拉伸性能具有指导意义。

 

成果介绍

(1)研究了SLM 316L在550-1150℃范围内,热处理对其拉伸性能的影响。随着热处理温度的升高,屈服强度逐渐降低,应变强化更加明显。此外,相较于竖直建造的试样,水平建造的试样具有更高的屈服强度和较低的断后伸长率(图1)。

图1 经过不同温度热处理后SLM 316L的常温拉伸曲线:(a)水平建造;(b)竖直建造

(2)随着热处理温度的升高,SLM 316L的微观组织发生明显的变化。晶粒逐渐等轴化、小角度晶界比例逐渐降低、胞状亚结构逐渐粗化至消失、熔池边界逐渐消失(图2)。

图2 不同温度热处理后SLM 316L的微观组织

(3)随着热处理温度的升高,SLM 316L内部的小角度晶界比例逐渐降低、晶粒尺寸逐渐增大、胞状亚结构尺寸逐渐升高、纳米氧化物直径逐渐增大。

图3 微观结构演化规律:(a)小角度晶界比例;(b)晶粒等效直径;(c)胞状亚结构尺寸;(d)纳米氧化物直径

(4)基于以上对强化因素的微观表征,通过耦合晶界强化、纳米氧化物强化、胞状亚结构强化、缺陷劣化等强化因素,建立微观组织与屈服强度之间的量化关系。结果表明,建立的量化关系具有较强的适用性和较高的预测精确性(图4)。

图4 耦合所有强化因素和劣化因素后的预测值与实验值对比:(a)水平建造;(b)竖直建造

 

致谢

该研究工作得到了江苏省高校自然科学研究重大项目(20KJA460002)、江苏省普通高校科学研究项目(20KJB430011)、爱尔兰科学基金会I-Form先进制造研究中心的支持。本文通讯作者:王小威,巩建鸣(南京工业大学)。

本期小编:陈野风(整理)

彭亚伟(整理)

杨逸璠(校对)

程 航(审核)

闵 琳(发布)