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17-4PH高强钢增材制造组织与性能研究(2)


l 17-4PH高强钢SLM成形的微观组织

      图6为17-4 PH高强钢SLM成形试样的微观组织。可以看出,成形的17-4PH高强钢体现了各向异性,在横截面没有明显晶界,横截面晶粒细小均匀分布,见图6a;从图6b看出,虚线内纵截面有明显的熔池且呈层间带状。试样的主要组织结构为马氏体,马氏体为bcc结构,马氏体是SLM成形过程中快速熔化和冷却造成的,并随着热流在熔池中形成柱状结构,在纵截面可以看出一些柱状马氏体是平行于建构方向,有些垂直于构建方向,表现成等轴晶粒。还有一些残余奥氏体,由于在SLM成形过程中,试样经过多次热循环,有一些余热,温度可达到奥氏体相稳定范围,会促进奥氏体组织的积累,奥氏体为fcc结构(见图6e和图6f箭头),残余奥氏体的存在使试样的延展性得到提高。

17-4PH_Study_6图6 17-4PH高强钢SLM成形的微观组织

OM形貌(a)X-Y截面OM形貌(b)X-Z截面OM形貌 SEM形貌(c)X-Y截面SEM形貌(d)X-Z截面SEM形貌(e)高倍X-Y截面SEM形貌(f)高倍X-Z截面SEM形貌。

图7为 17-4PH高强钢析出相EDS。可以看出,析出相多为球形状。表2为颗粒的主要成分。由表2表明,颗粒为Cr的碳化物,还有少量Cu析出,ε-Cu多为纳米级颗粒,一般情况下ε-Cu沉淀物主要在时效过程中形成,在SLM成形过程中激光扫描产生的热传递引起的时效效应。

17-4PH_Study_7图7 17-4PH高强钢析出相EDSl

17-4PH_Study_Data2

l 17-4PH高强钢SLM成形的拉伸性能

图8为17-4PH高强钢的应力-应变曲线,在同一参数下对拉伸试样进行3次试验,取平均值,试样的抗拉强度为1 176.72 MPa,伸长率为15.91 %。

17-4PH_Study_8图8 17-4PH高强钢的应力-应变曲线

17-4PH高强钢试样拉伸断口由纤维区、放射区和剪切唇区3个区域构成。从宏观来看,拉伸断口整个断面比较平滑,呈现了沿最大切应力方向断裂特征。利用SEM对拉伸试样断口形貌进一步分析,断口的纤维区分布大量韧窝,形状大小相似,韧窝尺寸较小,试样中有第二沉淀相的存在,在拉伸时会有微孔形成(见图9b白色箭头),说明该17-4PH不锈钢具有较高的强度和良好的韧性,其与组织的均匀性以及晶粒细小都有关系,组织中存在的奥氏体降低了材料的强度,但是改善了材料的塑性。

17-4PH_Study_9图9 17-4PH高强钢拉伸试样SEM断口形貌

(a) 宏观形貌 (b)微观形貌

l 结论

17-4PH高强钢SLM成形在185 W功率和110 μm扫描间距下,气孔分布情况相对来说较少,密度较大,硬度较大。

17-4PH高强钢SLM成形微观组织主要由马氏体和残余奥氏体组成,可观察到横纵截面组织有差别,在纵截面可以看出有明显的熔池呈层间带状。根据EDS分析,17-4PH高强钢的沉淀相为ε-Cu以及一些碳化物,可以提高材料的硬度。

17-4PH高强钢拉伸断口面由纤维区、放射区和剪切唇区3个的区域构成,断口韧窝形状大小相似且尺寸较小,表明试样有较高的强度和良好的韧性。

l 论文信息

王海霖,赵占勇,白培康,等. SLM成形17-4PH高强钢组织与性能研究[J].特种铸造及有色合金,2021,41(12):1559-1563.

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