双相(超双相)与奥氏体不锈钢预混粉末增材制造
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发布时间：2024-05-02 02:25
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时间：2024-07-02 06:38
革新双相与奥氏体不锈钢粉末增材制造：突破与潜力
在激光粉末床融合（LPBF）工艺中，双相不锈钢（DSS/SDSS）的性能受到冷却速率的深刻影响。传统上，高速冷却会导致主要的铁素体相。为了复现延展性，退火处理是必不可少的，但希腊、挪威和比利时团队的创新方法通过预合金粉末混合（DSS/SDSS与SS316L）简化了这个过程，保持了双相结构，显著减少了后续的热处理需求。这一突破不仅适用于DSS，还扩展到Al-Co-Fe-Mn-Ni合金，其能量吸收性能得到了显著增强。
为应对粉末增材制造（AM）工艺中的挑战，研究者们探索了如铝基合金（加入了纳米金刚石和石墨烯）的合金化策略，以增强硬度。Köhler等人的研究深入到AISI 316L与318LN混合物，揭示了能量密度和冷却速率在形成双相结构中的关键作用。尽管化学均匀性对相变影响显著，但微尺度的力学表征仍有待深入研究。目标是通过增加镍含量，巧妙地诱导奥氏体形成，融合高强度与双相结构的优点，创造性能卓越的合金。
精细工程，精确控制
研究团队采用先进的技术，如粉末的机械性能评估，提供了关于本构相含量的宝贵信息，以指导合金选择。他们聚焦于2205、2507和316L的粉末混合，通过滚压搅拌技术，精细调整激光功率、扫描速度等工艺参数。一系列LPBF参数，如表4所示，确保了无缺陷致密样品的生产。粉末的表面形态和整体性质，如表5和6所示，均显示出良好的一致性。图2展示了粉末的微观结构，揭示了粉末的精细特性和分布。
表6揭示了混合粉末的圆当量直径特性差异，混合物1的D10-D90值对比混合物2，显示了显著的颗粒尺寸优化。在LPBF过程中，孔隙率受能量输入影响，冶金孔和键槽尺寸与能量密度（VED）紧密相关。图4揭示了混合物1的孔隙形态随VED的变化，峰值在81.6J/mm³时表现出最佳结构。图5对比了混合物1和2的最佳VED以及它们的相对密度，显示出粉末性能的显著差异。
通过EBSD分析，混合物1的微观结构呈现了70.8%的铁素体和22.5%的奥氏体，奥氏体沿＜101＞晶轴生长，铁素体沿＜001＞轴生长。图7详述了这一复杂结构的EBSD分析结果。
混合物2虽然结构相似，但奥氏体体积较小，晶界奥氏体较薄。图8展示了其最终微观结构和偏析特征，成分与SS316L粉末相近，且具有熔池和激光熔道的特性。EBSD和SEM分析在图9中进一步揭示了混合物2在XY和XZ平面上的微观结构分布。
通过纳米压痕和EBSD的深入研究，发现铁素体具有较高的弹性模量，而奥氏体可能展现出更高的强度。等高线图和模量叠加图（图10）展示了这种对比，而图11则展示了不同平面上弹性模量的三维映射，图12则解析了塑性变形的启动点。
铁素体的接触深度与塑性变形和剩余形变相关，而奥氏体的影响则相对较小。研究表明，粉末混合物中的奥氏体含量随镍含量增加而增加，混合物1的奥氏体含量明显高于混合物2。混合物2的总导热率更高，导致冷却速率变慢，影响了奥氏体转变的时间窗口。双相不锈钢混合物通过LPBF的精妙加工，成功生成致密零件，而合金成分和冷却策略对相变过程至关重要。
未来的研究将探索惰性气体和SS316L含量对奥氏体形成的影响，以及扫描策略如何*冷却速率。纳米压痕与微观结构分析的结合，为优化粉末工具包和测试矩阵提供了关键数据，推动了快速合金开发的进程。参考文献《Microstructure Engineering in Laser Powder Bed Fusion: Duplex/Super Duplex & Austenitic Stainless-Steels》揭示了这一领域的前沿进展，[链接](https://doi.org/10.3390/met13091546)。
