选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织演化与力学性能

目的为了获取具有高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢,用选区激光沉积(SLM)方法进行打印。方法以24CrNiMoY合金钢粉末为材料,当搭接宽度为0.09 mm、扫描角度为67°、扫描线长度为10 mm、扫描速度为1000 mm/s时,在能量密度分别为102、116、129、142 J/mm3条件下打印合金钢样品,采用金相、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对制备样品的微观组织和力学性能进行研究。结果在所采用的能量密度范围内,SLM制备24CrNiMoY合金钢的显微组织主要是板条马氏体组织,随着能量密度的增加,样品内部的气孔缺陷先减少后增加,硬度和拉伸性能以及冲击韧性呈现先升高后降低的趋势。在能量密度为116 J/mm3时,打印合金钢样品具有最优的综合力学性能,致密度为99.53%,硬度为(388±5.9)HV0.2,抗拉强度为(1210±11)MPa,屈服强度为(1124±10)MPa,断后伸长率为(6.2±0.4)%,冲击韧性为80 J/cm2。结论在SLM打印24CrNIMoY合金钢样品中,较高的致密度及精细的板条马氏体是合金钢样品具有良好力学性能的关键要素,该研究可为SLM打印高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢制动盘零件提供重要参考。

预热温度对24CrNiMoY合金钢组织性能影响

为有效改善高性能大型零部件的组织性能,采用激光直接沉积技术制备不同预热温度下的24CrNiMoY合金钢样品,通过金相、扫描、硬度和拉伸等实验方法对不同预热温度(25℃、100℃、150℃、200℃和250℃)的组织及性能进行表征和分析。实验结果表明,在2000 W、7 mm/s的激光成形工艺参数下,不同预热温度得到不同形态的贝氏体组织。基板预热温度升高,冷却速度随之降低,沉积层组织由大量的板条贝氏体+少量铁素体逐渐转变为大量粒状贝氏体+少量铁素体。在预热温度为150℃时,获得了硬度分布最均匀、硬度值最高的样品,其硬度值为442.4 HV0.2,此时样品的抗拉强度、屈服强度分别为1138.11和816.46 MPa。研究为激光直接沉积合金钢控形和控性提供了一定的参考和理论支撑。

能量密度对激光直接沉积24CrNiMoY合金钢缺陷的影响

激光增材制造技术由于其复杂的冶金反应、非平衡凝固的特点,在不当的工艺参数下会产生夹杂、裂纹缺陷,降低成形零件的性能。为了有效改善零件性能,采用激光直接沉积技术制备了不同激光能量密度下的24CrNiMoY合金钢样品,通过金相、扫描、硬度等实验方法对沉积样品的裂纹、夹杂等缺陷随着激光能量密度的变化规律进行系统的研究。实验结果发现夹杂缺陷随着激光能量密度的增加而减少,夹杂缺陷主要由氧化物和碳化物组成。裂纹随着激光能量密度增加而增多,热应力和夹杂缺陷是导致沉积层出现裂纹缺陷的主要原因。沉积样品在激光能量密度为65 J/mm 2时,获得了硬度分布最均匀,硬度值最高的样品。研究为激光直接沉积合金钢缺陷消除提供了一定参考。

选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织与强韧性的匹配关系

基于选区激光熔化(SLM)技术制备强韧性匹配合金钢高铁制动盘应用需求,文中采用全自动SLM成形系统制备24CrNiMoY合金钢样品,通过研究81~111 J/mm^(3)不同能量密度对合金钢样品的微观组织与力学性能的影响,揭示合金钢样品组织与强韧性的匹配关系。研究结果表明:激光能量密度对成形合金钢样品的组织与性能具有重要影响,样品微观组织主要由下贝氏体与粒状贝氏体及少量铁素体组成;当激光能量密度为89 J/mm^(3)时,制备的SLM 24CrNiMoY合金钢样品具有最优的强韧性匹配关系,样品显微组织中下贝氏体、粒状贝氏体与铁素体含量分别为88%,11%与1%,其抗拉强度为1234 MPa,断后伸长率为9.2%,强塑积为11.4 GPa%。制备样品具有强韧性匹配的主要决定因素是形成了均匀的不同比例的下贝氏体与粒状贝氏体及铁素体等组织,通过调控激光能量密度,获得尽可能多的下贝氏体组织,11%~15%的粒状贝氏体组织与1.5%以下的铁素体组织时,能够制备出具有高强韧性的SLM 24CrNiMoY合金钢样品。该方法为SLM制备具有良好强韧性匹配的24CrNiMoY制动盘样品提供了重要参考。

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。

选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm^(3),流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率<3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1246±12)MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论VIGA方法制备的24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。

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。

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。