激光3D打印80Ni20Cr合金的显微组织及力学性能
发布时间：2020-10-22 22:20
研究激光3D打印80Ni20Cr合金的层-层正交和层-层同向两种不同层激光加工路径打印的合金样件微结构和力学性能。结果表明:合金样件具有细小的等轴晶组织和柱状晶组织,柱状晶粒沿着激光加工路径生长。合金样件成分为Cr溶质溶于Ni溶剂的固溶体,打印样件密度与理论密度接近。层-层正交工艺打印合金样件的孔隙率要低于层-层同向工艺打印合金样件的,微观硬度和拉伸性能也要优于采用层-层同向工艺打印合金样件的,其抗拉强度可达410 MPa,硬度可达406 HV0.2。
【部分图文】：
第27卷第8期谭树杰，等：激光3D打印80Ni20Cr合金的显微组织及力学性能15731实验本研究原材料采用纯度为99.95%、平均粒径50μm的Ni粉与纯度为99.95%、平均粒径50μm的Cr粉，基板采用普通不锈钢基板。两种粉末放入球磨罐中球磨3h，Ni粉与Cr粉质量比为80:20，球磨转速180r/min。激光3D打印采用TH2000F光纤激光机器人加工系统，该系统主要包括：1)光纤激光器YLS2000；2)KUKA机器人；3)5轴联动数控成形机；4)GTV双筒送粉器。加工工艺参数如表1所列，不同层向激光加工路径如图1所示，打印过程及合金样件如图2所示。本研究采用阿基米德排水法测试样1和2的密度，试样经过石蜡密封后放入水中测量。采用Quanta200FEG场发射扫描电镜(FE-SEM)观察合金样件的微结构和断口形貌，采用D8型X射线衍射仪对样件进行衍射分析，采用维氏硬度测试仪和万能试验机测量样件的微观硬度和拉伸性能。测量密度时，先对试样进行表面清洁，再使用精度为0.1mg的分析天平称量，并计算密度和孔隙率。扫描电镜观察样件从试样1的表面和侧面分别切取，镶嵌后打磨抛光，采用王水腐蚀，腐蚀时间为30s；XRD测试样从试样1上切取，经打磨抛光后放入衍射仪中测试分析。维氏硬度测量时，分别从试样1和2上切取一小块样品，表面打磨抛光后进行测试实验，测量样品上表面的硬度，测试压力为1.96N，保压时间10s，每个样品测量3次，取其平均值作为测试结果。拉伸样件尺寸如图3所示，拉伸试样分别从试样1和2中切割得到，切割方向为沿着激光扫描方向，拉伸试验在室温下进行，拉伸速度为0.01mm/s,样件被拉断后，使用场发射扫描电镜观察断口的微观形貌。表1激光3D打印工艺参数Table1Parametersinlaser3DprintingprocessP/WDiameter/mmScanningspeed/(mm·s1)LayernumberLayer
1574中国有色金属学报2017年8月图3拉伸试样尺寸Fig.3Tensilespecimensize(Unit:mm)2结果与讨论2.1密度和微结构2.1.1密度对不同层向激光3D打印的80Ni20Cr合金样件密度进行了分析发现，激光3D打印的80Ni20Cr合金的密度与理论密度接近，致密度较好。计算出层层正交打印的合金样件孔隙率为2.3%，层层同向打印的合金样件孔隙率为4.7%。因此，采用层层正交打印的合金样件密度要大于层层同向打印的合金样件，孔隙较少，具有更好的致密性。2.1.2显微组织图4所示为层层正交激光3D打印80Ni20Cr合金样件的FE-SEM像。从图4中可以看出，合金样件中主要分布着柱状晶粒。图4(a)所示为合金试样上表面的FE-SEM像。从图4(a)中可以看出，合金样件表面的柱状晶粒主要沿着激光扫描路径方向分布。图4(b)所示为80Ni20Cr合金的侧面FE-SEM像，图4(c)和(d)所示分别为图4(b)中A区域和B区域的高倍照片。从图4(b)~(d)中可以看出，样件底部有细小的片状晶粒，随着沉积高度的增加，晶粒由底部的片状逐步转变为柱状。激光3D打印过程是一个快速加热和快速冷却的过程，在金属粉末进入熔池时，熔池中的高温金属液快速冷却，产生足够大的过冷度，瞬时形成大量晶核，而且这些晶核没有充分的时间长大，最终形成大量细小的晶粒。由于面心立方晶系晶体在与{100}面垂直的100方向长大速度最快，在激光3D图4层层正交打印80Ni20Cr合金FE-SEM像Fig.4FE-SEMimagesof80Ni20Cralloycomponentproducedbylaser3Dprintingwithlayer-layerorthogonaldirection:(a)Topview;(b)Sideview;(c)HighmagnificationofzoneA;(d)HighmagnificationofzoneB
1574中国有色金属学报2017年8月图3拉伸试样尺寸Fig.3Tensilespecimensize(Unit:mm)2结果与讨论2.1密度和微结构2.1.1密度对不同层向激光3D打印的80Ni20Cr合金样件密度进行了分析发现，激光3D打印的80Ni20Cr合金的密度与理论密度接近，致密度较好。计算出层层正交打印的合金样件孔隙率为2.3%，层层同向打印的合金样件孔隙率为4.7%。因此，采用层层正交打印的合金样件密度要大于层层同向打印的合金样件，孔隙较少，具有更好的致密性。2.1.2显微组织图4所示为层层正交激光3D打印80Ni20Cr合金样件的FE-SEM像。从图4中可以看出，合金样件中主要分布着柱状晶粒。图4(a)所示为合金试样上表面的FE-SEM像。从图4(a)中可以看出，合金样件表面的柱状晶粒主要沿着激光扫描路径方向分布。图4(b)所示为80Ni20Cr合金的侧面FE-SEM像，图4(c)和(d)所示分别为图4(b)中A区域和B区域的高倍照片。从图4(b)~(d)中可以看出，样件底部有细小的片状晶粒，随着沉积高度的增加，晶粒由底部的片状逐步转变为柱状。激光3D打印过程是一个快速加热和快速冷却的过程，在金属粉末进入熔池时，熔池中的高温金属液快速冷却，产生足够大的过冷度，瞬时形成大量晶核，而且这些晶核没有充分的时间长大，最终形成大量细小的晶粒。由于面心立方晶系晶体在与{100}面垂直的100方向长大速度最快，在激光3D图4层层正交打印80Ni20Cr合金FE-SEM像Fig.4FE-SEMimagesof80Ni20Cralloycomponentproducedbylaser3Dprintingwithlayer-layerorthogonaldirection:(a)Topview;(b)Sideview;(c)HighmagnificationofzoneA;(d)HighmagnificationofzoneB
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本文编号：2852162
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1574中国有色金属学报2017年8月图3拉伸试样尺寸Fig.3Tensilespecimensize(Unit:mm)2结果与讨论2.1密度和微结构2.1.1密度对不同层向激光3D打印的80Ni20Cr合金样件密度进行了分析发现，激光3D打印的80Ni20Cr合金的密度与理论密度接近，致密度较好。计算出层层正交打印的合金样件孔隙率为2.3%，层层同向打印的合金样件孔隙率为4.7%。因此，采用层层正交打印的合金样件密度要大于层层同向打印的合金样件，孔隙较少，具有更好的致密性。2.1.2显微组织图4所示为层层正交激光3D打印80Ni20Cr合金样件的FE-SEM像。从图4中可以看出，合金样件中主要分布着柱状晶粒。图4(a)所示为合金试样上表面的FE-SEM像。从图4(a)中可以看出，合金样件表面的柱状晶粒主要沿着激光扫描路径方向分布。图4(b)所示为80Ni20Cr合金的侧面FE-SEM像，图4(c)和(d)所示分别为图4(b)中A区域和B区域的高倍照片。从图4(b)~(d)中可以看出，样件底部有细小的片状晶粒，随着沉积高度的增加，晶粒由底部的片状逐步转变为柱状。激光3D打印过程是一个快速加热和快速冷却的过程，在金属粉末进入熔池时，熔池中的高温金属液快速冷却，产生足够大的过冷度，瞬时形成大量晶核，而且这些晶核没有充分的时间长大，最终形成大量细小的晶粒。由于面心立方晶系晶体在与{100}面垂直的100方向长大速度最快，在激光3D图4层层正交打印80Ni20Cr合金FE-SEM像Fig.4FE-SEMimagesof80Ni20Cralloycomponentproducedbylaser3Dprintingwithlayer-layerorthogonaldirection:(a)Topview;(b)Sideview;(c)HighmagnificationofzoneA;(d)HighmagnificationofzoneB
1574中国有色金属学报2017年8月图3拉伸试样尺寸Fig.3Tensilespecimensize(Unit:mm)2结果与讨论2.1密度和微结构2.1.1密度对不同层向激光3D打印的80Ni20Cr合金样件密度进行了分析发现，激光3D打印的80Ni20Cr合金的密度与理论密度接近，致密度较好。计算出层层正交打印的合金样件孔隙率为2.3%，层层同向打印的合金样件孔隙率为4.7%。因此，采用层层正交打印的合金样件密度要大于层层同向打印的合金样件，孔隙较少，具有更好的致密性。2.1.2显微组织图4所示为层层正交激光3D打印80Ni20Cr合金样件的FE-SEM像。从图4中可以看出，合金样件中主要分布着柱状晶粒。图4(a)所示为合金试样上表面的FE-SEM像。从图4(a)中可以看出，合金样件表面的柱状晶粒主要沿着激光扫描路径方向分布。图4(b)所示为80Ni20Cr合金的侧面FE-SEM像，图4(c)和(d)所示分别为图4(b)中A区域和B区域的高倍照片。从图4(b)~(d)中可以看出，样件底部有细小的片状晶粒，随着沉积高度的增加，晶粒由底部的片状逐步转变为柱状。激光3D打印过程是一个快速加热和快速冷却的过程，在金属粉末进入熔池时，熔池中的高温金属液快速冷却，产生足够大的过冷度，瞬时形成大量晶核，而且这些晶核没有充分的时间长大，最终形成大量细小的晶粒。由于面心立方晶系晶体在与{100}面垂直的100方向长大速度最快，在激光3D图4层层正交打印80Ni20Cr合金FE-SEM像Fig.4FE-SEMimagesof80Ni20Cralloycomponentproducedbylaser3Dprintingwithlayer-layerorthogonaldirection:(a)Topview;(b)Sideview;(c)HighmagnificationofzoneA;(d)HighmagnificationofzoneB
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1 彭晓,平德海,李铁藩,吴维?;Ni20Cr合金表面离子注入钇后氧化层的微观结构与氧化机制[J];金属学报;1997年04期
本文编号：2852162
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