超声微锻造辅助定向能量沉积316L不锈钢 微观组织与力学性能研究

目的在定向能量沉积(Directed Energy Deposition,DED)增材过程中,快速加热与冷却会导致增材构件出现晶粒粗大、孔洞裂纹缺陷多、综合力学性能偏差等问题,针对以上情况,对超声微锻造辅助DED增材316L不锈钢进行了研究。方法设计了一套活动自由度高、超声振动能量易集中的滚珠式超声微锻造辅助增材制造系统,并研究了该超声微锻造系统对DED增材316L不锈钢微观组织与力学性能的影响。采用控制变量法对DED增材316L不锈钢的打印参数进行了优化,获得了最优打印参数下未加超声微锻造辅助的不锈钢试样的组织和力学性能。然后在相同的打印参数下采用本文设计的滚珠式超声微锻造系统辅助制备不锈钢试样,并分析了滚珠式超声微锻造对试样微观组织与力学性能的影响规律。结果超声微锻造辅助DED增材能够细化柱状晶晶粒,使柱状晶宽度变窄,层间分布更加清晰,孔洞裂纹等缺陷减少,位错密度增加,位错密度由5.19×10^(13) m^(-2)升高至7.5×10^(13) m^(-2);在力学性能方面,试样的屈服强度与抗拉强度均有所提升,增材件的屈服强度由(517.4±0.73)MPa提升至(550.1±4.49)MPa,抗拉强度由(705.1±0.34)MPa提升至(736.5±7.44)MPa,屈服强度与抗拉强度均高于锻件(327 MPa,620 MPa)水平,塑性略有降低,试样的伸长率由(45.9±3.67)%降低至(37.01±3.6)%。结论滚珠式超声微锻造辅助DED增材316L不锈钢能够抑制晶粒的外延生长,细化柱状晶晶粒,减少孔洞裂纹等缺陷,提升其屈服强度与抗拉强度。