• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      固溶時(shí)效對(duì)SLM成形316L不銹鋼塊體件顯微組織及硬度的影響

      2022-09-05 08:22:48朱德榮王利鴿陳智勇張慧賢
      金屬熱處理 2022年8期
      關(guān)鍵詞:柱狀晶塊體熔池

      朱德榮, 李 豪, 柳 翊, 王利鴿, 陳智勇, 張慧賢, 梁 莉

      (1. 洛陽(yáng)理工學(xué)院 智能制造學(xué)院, 河南 洛陽(yáng) 471023;2. 洛陽(yáng)理工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 河南 洛陽(yáng) 471023;3. 河南省建筑型材智能制造工程技術(shù)研究中心, 河南 洛陽(yáng) 471023)

      316L不銹鋼屬于超低碳奧氏體不銹鋼,由于其具有良好的耐晶間腐蝕性能和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、石油化工、能源電力等領(lǐng)域[1]。傳統(tǒng)316L不銹鋼零件受到加工工藝的限制,生產(chǎn)制造周期較長(zhǎng)且材料利用率較低。目前,3D打印技術(shù)已成功引入金屬材料研究領(lǐng)域,大大提高了金屬制品設(shè)計(jì)的自由度,并滿足了對(duì)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)零件的需求。近年來(lái),3D打印技術(shù)日臻成熟,特別是選區(qū)激光熔化技術(shù)(Selective laser melting,SLM)逐步拓展到制造業(yè),已成為金屬材料3D打印領(lǐng)域的重要制備方法之一[2]。

      Tolosa等[3]利用SLM技術(shù)成功打印了奧氏體316L不銹鋼制件,與鍛造或鑄造產(chǎn)品相比,其延展性和沖擊性能及屈服強(qiáng)度都有所提高,然而由于獨(dú)特的成形過(guò)程,孔隙率、表面光潔度及獨(dú)特的微觀組織形貌特征對(duì)最終的力學(xué)性能也有一定的影響。Cherry等[4]采用SLM技術(shù)研究了激光能量密度對(duì)316L不銹鋼性能的影響,通過(guò)改變點(diǎn)距和曝光時(shí)間能夠影響孔隙率、表面光潔度、密度及硬度、微觀組織,其中表面粗糙度主要受點(diǎn)距的影響,點(diǎn)距越大表面粗糙度越大,硬度值會(huì)隨著孔隙率的降低而增加,最高可達(dá)至225 HV。

      雖然SLM成形技術(shù)成功引入金屬制造領(lǐng)域大大提高了設(shè)計(jì)的自由度并滿足了對(duì)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)零件的需求,是應(yīng)用最廣泛的三維打印技術(shù)之一,但同時(shí)也面臨諸多問(wèn)題,特別是高冷速誘發(fā)殘余應(yīng)力是面臨的主要問(wèn)題之一,而熱處理是調(diào)控選區(qū)激光熔化成形件微觀組織和力學(xué)性能以及有效消除殘余應(yīng)力的重要手段[5]。目前,已有文獻(xiàn)對(duì)SLM成形316L不銹鋼熱處理后的顯微組織與性能進(jìn)行探索[6-8],固溶時(shí)效是傳統(tǒng)316L不銹鋼制件常見(jiàn)的熱處理方法之一,然而固溶時(shí)效對(duì)SLM成形316L不銹鋼顯微組織形貌特征的影響探究不夠深入,特別是固溶時(shí)效后顯微組織演化和相析出及顯微硬度仍需要深入研究,這對(duì)有效調(diào)控選區(qū)激光熔化成形件的顯微組織特征有重要意義。

      因此,本文采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備了316L不銹鋼塊體件(15 mm×15 mm×5 mm),借助光鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)與能譜分析(EDS)及維氏硬度測(cè)量,分析不同時(shí)效溫度對(duì)SLM成形316L不銹鋼塊體件顯微組織以及顯微硬度的影響,其研究結(jié)果能為SLM成形316L不銹鋼塊體件固溶時(shí)效顯微組織控制提供參考。

      1 試驗(yàn)材料與方法

      以316L不銹鋼粉末為原料,平均顆粒尺寸約為38 μm,采用FS121M型選擇性激光熔融(SLM,成形尺寸為120 mm×120 mm×100 mm)成形設(shè)備,制備尺寸為15 mm×15 mm×5 mm的316L不銹鋼塊體件試樣,激光束掃描路徑為橫排往復(fù)掃描,見(jiàn)圖1。SLM成形采用單向送粉方式送粉,具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1。圖2為SLM成形設(shè)備原理圖。

      圖1 FS121M型選擇性激光熔化(SLM)成形設(shè)備

      圖2 SLM成形設(shè)備原理圖

      表1 316L不銹鋼塊體件SLM成形工藝參數(shù)

      采用光學(xué)顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM,EVO18,ZEISS)以及EDS對(duì)顯微組織形貌及相成分進(jìn)行分析。在載荷砝碼1 kg和加載時(shí)間15 s條件下,采用顯微維氏硬計(jì)(HV,HVS-1000A)分別對(duì)SLM成形316L不銹鋼塊體件試樣、固溶時(shí)效試樣進(jìn)行維氏硬度的測(cè)量,測(cè)量5次后取平均值。此外,使用Image-pro Plus軟件測(cè)量晶粒尺寸,同一晶粒測(cè)量5次,然后取其平均值。

      熱處理試驗(yàn)采用相同的固溶工藝(1100 ℃×8 min,水冷),不同的時(shí)效工藝(650、850 ℃×6 h,空冷)(650 ℃×6 h 時(shí)效命名為HT1、850 ℃×6 h時(shí)效命名為HT2),如圖3所示。研究固溶時(shí)效工藝對(duì)SLM成形316L不銹鋼顯微組織以及硬度的影響。

      圖3 SLM成形316L不銹鋼塊體件熱處理工藝

      2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

      2.1 SLM成形顯微組織

      圖4為SLM成形316L不銹鋼塊體件的低倍顯微組織形貌,可以觀察到明顯的“層-層”邊界和“道-道”邊界,存在明顯的層帶結(jié)構(gòu),呈拋物線狀,相鄰熔池垂直方向?qū)訉盈B加形成較長(zhǎng)的“層-層”邊界,相鄰熔池熔道水平方向道道搭界形成較短的“道-道”邊界。在熔池的凝固過(guò)程中形成了“層-層”熔池邊界和“道-道”熔池邊界,同時(shí)道-道熔池邊界搭界處存在一定的夾角。此外,可以觀察到晶粒可以跨越“層-層”邊界呈外延式生長(zhǎng)。

      圖4 SLM成形316L不銹鋼塊體件的低倍顯微組織

      如圖5所示,層帶結(jié)構(gòu)內(nèi)部能夠明顯觀察到細(xì)長(zhǎng)的柱狀晶且有明顯的取向性,這是由于基底的快速急冷作用,柱狀晶的生長(zhǎng)具有一定的定向性和連續(xù)性,造成已凝固相鄰“層-層”熔池內(nèi)部細(xì)小柱狀晶部分生長(zhǎng)取向一致,細(xì)小柱狀晶在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)跨越“層-層”邊界,該細(xì)小柱狀晶的晶間間距約為0.45 μm。熔化道之間存在明顯搭接,兩側(cè)晶粒取向并不相同,同一熔化道內(nèi)部也存在細(xì)小蜂窩狀晶粒,蜂窩狀晶粒尺寸約為0.75 μm,排布細(xì)化均勻,SLM成形顯微組織主要由細(xì)小柱狀晶和細(xì)小蜂窩狀晶粒組成。這與目前的SLM成形316L不銹鋼凝固顯微組織形貌特征的研究結(jié)果一致[9-12]。

      圖5 SLM成形316L不銹鋼塊體件的高倍顯微組織

      2.2 固溶時(shí)效顯微組織

      圖6為650 ℃時(shí)效后不銹鋼塊體件的光鏡顯微組織(OM),固溶時(shí)效后“層-層”和“道-道”邊界基本消失,而晶界清晰可見(jiàn),甚至部分晶粒內(nèi)部存在再結(jié)晶現(xiàn)象,并呈合并生長(zhǎng)方式長(zhǎng)大。

      圖6 SLM成形316L不銹鋼塊體件經(jīng)650 ℃時(shí)效后的顯微組織

      圖7為650 ℃時(shí)效后試樣的顯微組織,可以觀察到在部分晶界處存在少量的顆粒相,經(jīng)EDS分析可知,該顆粒相C含量明顯偏高(40.56%),Cr含量偏高(11.48%),這表明該顆粒相以碳化物的形式存在,即在晶界析出的是碳化物。M23C6是316L不銹鋼中的主要碳化物,其生長(zhǎng)需要基體提供Cr原子及C原子且需要長(zhǎng)距離擴(kuò)散[13-14]。因此,驗(yàn)證了該碳化物為M23C6,其化學(xué)成分見(jiàn)表2。

      圖7 SLM成形316L不銹鋼塊體件650 ℃時(shí)效后的SEM照片

      表2 650 ℃時(shí)效后SLM成形316L不銹鋼塊體件中碳化物的化學(xué)成分(原子分?jǐn)?shù),%)

      850 ℃時(shí)效后不銹鋼塊體件的光鏡顯微組織如圖8 所示,隨著時(shí)效溫度的升高,試樣的晶粒粗化,部分晶粒內(nèi)部也存在再結(jié)晶現(xiàn)象,并呈合并生長(zhǎng)方式長(zhǎng)大,沿晶界形成了大量不連續(xù)的顆粒相,也有少量分布在晶粒內(nèi)部。

      圖8 SLM成形316L不銹鋼塊體件經(jīng)850 ℃時(shí)效后的顯微組織

      而850 ℃時(shí)效后的掃描電鏡照片如圖9所示。由圖9可觀察到晶界處存在大量不連續(xù)的顆粒相,經(jīng)EDS分析可知,該顆粒相C含量也明顯偏高(43.12%),Cr含量偏高(11.04%),這表明晶界析出的顆粒相為M23C6碳化物,其化學(xué)成分如表3所示。

      表3 850 ℃時(shí)效后SLM成形316L不銹鋼塊體件中碳化物的化學(xué)成分(原子分?jǐn)?shù),%)

      圖9 SLM成形316L不銹鋼塊體件經(jīng)850 ℃時(shí)效后的SEM照片

      綜合分析圖6~圖9顯微組織特征可知,晶粒內(nèi)部發(fā)生再結(jié)晶,形成奧氏體晶粒。由于晶界是缺陷和錯(cuò)位聚集的區(qū)域,在固溶時(shí)效過(guò)程中隨著各元素的擴(kuò)散,C在奧氏體中的溶解度不同,會(huì)使晶界附近的Cr原子和C原子沿晶界擴(kuò)散,最終形成M23C6沉積下來(lái)。而且隨著時(shí)效溫度的升高,C在奧氏體中的溶解有限,使更多的M23C6于晶界處析出并長(zhǎng)大,造成M23C6的數(shù)量和尺寸都有所增大[13]。

      2.3 顯微硬度分析

      熱處理不僅能夠改變SLM成形316L不銹鋼件的顯微組織特征,而且對(duì)其力學(xué)性能也有一定程度的影響[15-17]。圖10為SLM成形和不同時(shí)效溫度下316L不銹鋼的平均維氏硬度,可知SLM成形316L不銹鋼塊體件的顯微硬度相對(duì)較高,可達(dá)212 HV。經(jīng)固溶時(shí)效后顯微硬度有所降低,這是由于固溶時(shí)效誘發(fā)晶粒再結(jié)晶并長(zhǎng)大造成晶粒相對(duì)粗大,同時(shí)已有的細(xì)小柱狀晶和蜂窩狀晶粒消失,最終造成顯微硬度下降。而且隨著時(shí)效溫度的升高,其顯微硬度進(jìn)一步降低,這是因?yàn)殡S著時(shí)效溫度升高,固溶時(shí)效過(guò)程中晶粒持續(xù)長(zhǎng)大,同時(shí)在850 ℃時(shí)效后,Cr原子和C原子沿晶界擴(kuò)散并沿晶界析出大量不連續(xù)M23C6,且大部分沿晶界分布,只有少數(shù)分布于晶內(nèi),造成基體C含量降低,從而引起硬度再次下降。

      圖10 SLM成形和不同時(shí)效溫度下316L不銹鋼的平均維氏硬度

      3 結(jié)論

      1) SLM成形316L不銹鋼塊體件顯微組織主要由細(xì)小柱狀晶和蜂窩狀晶粒組成。“層-層”和“道-道”熔池邊界清晰可見(jiàn),晶粒的生長(zhǎng)能夠跨越“層-層”邊界,細(xì)小柱狀晶的晶間間距約為0.45 μm,細(xì)小蜂窩狀晶粒尺寸約為0.75 μm。

      2) 經(jīng)固溶時(shí)效后邊界基本消失,而晶界清晰可見(jiàn),晶粒存在再結(jié)晶現(xiàn)象且呈合并生長(zhǎng)方式長(zhǎng)大,M23C6少量分布于晶界。而且隨著時(shí)效溫度的升高,850 ℃時(shí)效后試樣的晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大,沿晶界形成了大量不連續(xù)M23C6,其數(shù)量和尺寸都有所增大。

      3) SLM試樣的平均顯微硬度為212 HV且高于固溶時(shí)效試樣,這是由于SLM成形過(guò)程中快速凝固冷卻快,存在細(xì)小柱狀晶和蜂窩狀晶粒所致。固溶時(shí)效后顯微硬度值有所降低,但650 ℃時(shí)效后試樣顯微硬度明顯高于850 ℃時(shí)效后試樣。因?yàn)樵嚇?50 ℃時(shí)效后,晶粒存在再結(jié)晶,且比850 ℃時(shí)效后晶粒細(xì)小,M23C6少量分布于晶界,基體C含量較高,從而使得顯微硬度相對(duì)較高。

      猜你喜歡
      柱狀晶塊體熔池
      一種新型單層人工塊體Crablock 的工程應(yīng)用
      對(duì)流擴(kuò)散-多相相變體系內(nèi)柱狀晶/等軸晶形成過(guò)程的數(shù)值模擬
      材料工程(2017年6期)2017-06-22 13:33:24
      PtCo23.2永磁合金加工開(kāi)裂原因分析
      消防射水對(duì)導(dǎo)線二次短路熔痕的影響分析
      電弧焊熔池表征與熔透狀態(tài)映射研究
      焊接(2016年10期)2016-02-27 13:05:32
      一種Zr 基塊體金屬玻璃的納米壓入蠕變行為研究
      上海金屬(2015年3期)2015-11-29 01:09:58
      塊體非晶合金及其應(yīng)用
      一種基于頻域變換的熔池運(yùn)動(dòng)模糊圖像恢復(fù)算法
      焊接(2015年11期)2015-07-18 11:12:46
      MIG焊接熔池形成與凝固過(guò)程數(shù)值模擬
      焊接(2015年9期)2015-07-18 11:03:51
      波浪作用下斜坡上護(hù)面塊體斷裂破壞的數(shù)值模擬
      水道港口(2015年1期)2015-02-06 01:25:35
      平邑县| 阳江市| 张家川| 咸宁市| 麻栗坡县| 陵水| 扎鲁特旗| 浮梁县| 巴马| 西乌珠穆沁旗| 息烽县| 伊宁县| 达拉特旗| 安多县| 北安市| 肥西县| 宁陵县| 乐平市| 龙南县| 高邮市| 锡林浩特市| 洮南市| 阜康市| 彭阳县| 扶绥县| 高安市| 鄂托克前旗| 桦南县| 土默特右旗| 图片| 卫辉市| 兴国县| 华蓥市| 黄山市| 新宾| 淳化县| 黎川县| 新乐市| 新乡县| 阿坝| 沂水县|