选区激光熔化24CrNiMo高强钢介观尺度数值模拟与实验验证

目的建立选区激光熔化(SLM)增材制造24CrNiMo高强钢三维粉床模型,通过介观尺度数值模拟探究工艺参数与熔池冶金缺陷形成和演化的内在关联,结合熔道成形试验验证模拟方法的可靠性。方法采用离散元法与有限体积法构建介观尺度模型模拟激光与粉末的交互作用,通过提取模拟试样特定位置的熔道形貌、熔池尺寸、传热机制等熔池行为的基本特征,将熔池表面形貌和内部缺陷等模拟结果与SLM实验结果进行对比分析。结果保持激光扫描速度、搭接宽度、粉末层厚和扫描角度等工艺参数不变,随着激光功率从430 W增加到520 W,试样的成形质量呈现先上升后下降的趋势。当激光功率较低时,粉末未充分熔化,表面球化效应严重,内部以未熔合缺陷为主。当激光能量过高时,熔池传热传质剧烈,表面粉末飞溅严重,内部易产生匙孔缺陷。当激光功率为490 W时,可获得表面成形质量高、内部缺陷少的高强钢试样。结论数值模拟结果与SLM试验现象保持一致,建立的介观尺度数值模拟方法可为SLM成形高强钢工艺参数优化和成形质量调控提供理论指导。

不同气氛激光直接沉积成形24CrNiMo合金钢的显微组织和力学性能

采用激光直接沉积成形技术,分别在氩气和空气环境中制备了24CrNiMo合金试样.借助光学显微镜、扫描电子显微镜、氧氮氢分析仪、显微硬度仪、室温拉伸及冲击试验对制备的合金显微组织和力学性能进行研究.结果表明,氩气和空气环境中的沉积态凝固组织形貌基本相同,均为外延生长的柱状晶,并随着界面温度梯度(G)与界面生长速率(v)的比值(G/v)的减小由柱状晶转变为胞状枝晶;显微组织均为粒状贝氏体,由于热累积温度不同,氩气氛围下的累积温度更高造成粒状物大小及分布均不规则,而空气氛围下形状为短棒状,沿某一方向平行分布;空气环境中成形试样的硬度及拉伸强度略高于氩气环境中,但前者的塑性及冲击韧性略低,主要由于空气氛围下试样存在较多的氧化物夹杂.

激光增材制造24CrNiMo合金钢显微组织特征

采用激光选区熔化技术和激光熔化沉积技术制备24CrNiMo合金钢单道和块体样品,研究两种激光辐照条件下24CrNiMo低合金钢的相组成、微观组织、织构特征和显微硬度。结果表明:两种方法制备的24CrNiMo合金试样的相组成均为α-Fe相以及少量的Fe 3C;SLM成形单道沉积样品的晶粒取向随机、无序,无明显的择优取向,而LMD成形单道沉积样品的择优取向为(110)〈101〉面织构;SLM成形块体样品的晶粒在平行于沉积方向上存在较弱的〈111〉织构,LMD成形块体样品的晶粒存在外延生长取向为〈111〉的强织构;SLM成形试样的显微组织主要为下贝氏体,而LMD成形试样的显微组织以板条贝氏体为主;具有细小晶粒和下贝氏体组织的SLM成形试样的平均显微硬度高于LMD试样。

轧制和回火对24CrNiMo合金钢组织与性能的影响

对24CrNiMo钢进行400~480℃过冷奥氏体区轧制变形处理,淬火后进行300~540℃回火处理,采用OM、TEM、硬度测试和冲击试验等研究了轧制变形和回火对24CrNiMo钢微观组织和力学性能的影响。结果表明:与未轧制变形试验钢相比,轧制变形试验钢经淬火回火后马氏体板条明显细化,板条间的位错密度更高,硬度和冲击吸收能量均有一定程度的提高。随着回火温度的升高,试验钢中马氏体板条宽度逐渐变宽,硬度和冲击吸收能量逐渐降低。

激光选区熔化24CrNiMo合金钢的组织和热疲劳性能

采用激光选区熔化技术制备24CrNiMo合金钢,研究不同扫描策略下成形件的显微组织、相组成和热疲劳性能。结果表明:24CrNiMo合金钢的显微组织由粒状贝氏体、马氏体和少量残余奥氏体构成。不同扫描策略下成形件的相组成均为α-Fe和少量γ-Fe,扫描策略对成形件相组成的影响较小。与旋转扫描策略相比,0°直线扫描策略下晶粒的生长具有较强的取向性;旋转扫描策略改变了相邻层间的散热方向,破坏了晶粒的外延生长模式,晶粒取向随机,显示出弱织构;0°直线扫描路径与热疲劳缺口的方向平行时,该扫描策略下的成形件具有最大的裂纹扩展速率,最终裂纹长度可达到1162μm。热应力和氧化作用是热疲劳裂纹扩展的重要原因。