热处理对SLM H13钢组织和摩擦磨损性能的影响

系统探讨了热处理对选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备的H13工具钢的微观组织和摩擦磨损性能的影响。基于780℃和830℃2种热处理温度,通过改变热处理条件来研究其对SLM-H13钢微观结构和摩擦磨损性能的影响。试验采用电子背散射衍射(EBSD)、显微硬度测试及摩擦磨损试验等方法进行材料表征。研究发现,热处理显著改变了材料的微观组织,780℃和830℃热处理的样品展示了不同的组织演变,组织变化导致磨损性能也有所不同。在室温下,未经热处理的SLM-H13钢表现出细小的细胞状网格和柱状晶体结构,这些特征是SLM工艺快速凝固过程的典型结果,同时显示出最优的摩擦磨损性能,具有较低的摩擦系数和磨损率,其磨损机制主要为磨粒磨损。对经过780℃和830℃热处理的样品进行了系统分析,结果表明热处理显著改变了SLH-H13钢的微观结构,主要表现为熔池边界逐渐消失、晶粒出现粗化、晶界开始均匀重组,此外,残余奥氏体和马氏体的晶体取向也发生了演变,这些微观结构的变化对摩擦磨损性能有直接影响,表现为780℃和830℃的磨损率都较打印态样品的磨损率出现了增加,其磨损机制为磨粒磨损与疲劳磨损,随着热处理温度升高还表现出氧化磨损的特征。研究表明,适当的热处理可以调整SLM-H13钢的微观结构,但对其磨损性能的提升作用有限,这一发现对于SLM H13钢在苛刻工况下的应用提供了重要的微观机制理解和指导。

选区激光熔化构建17-4PH钢残余奥氏体梯度分布

马氏体沉淀硬化(17-4PH)钢广泛应用于压缩机叶轮、水翼等具有复杂结构的过流部件。选区激光熔化(selective laser melting,SLM)作为一种新兴的近净成形技术,其逐点逐层的扫描堆叠制造方式有助于通过拓扑设计优化零部件结构和实现复杂形状零部件的一体成形。采用“交叉双向式”和“双向式”两种扫描策略交替打印17-4PH钢,探究选区激光熔化构筑17-4PH钢中的残余奥氏体梯度分布方法。研究结果表明,通过调控扫描策略,改变了热量输入和散失方式,可以在17-4PH钢中实现残余奥氏体含量梯度分布。交叉双向扫描策略可有效细化马氏体晶粒,马氏体晶粒的大小与构建高度相关,残余奥氏体晶粒的大小与扫描模式和构建高度关系不大。交叉双向扫描形成的细小马氏体会对周围奥氏体产生附加应力,提高残余奥氏体稳定性,导致试样底部奥氏体较多。双向扫描冷却速度快,过冷度较大,马氏体转变的驱动力增大,消除相稳定,造成顶部马氏体较多,残余奥氏体少。随着堆积层数的升高,组织的冷却速度由慢变快,马氏体的转变程度增加,残余奥氏体含量减少。实现了17-4PH钢中奥氏体梯度组织的控制,这种梯度组织的制备为优化材料性能和实现多功能应用提供了新的途径。