选区激光熔化316L不锈钢的拉伸性能
发布时间：2021-06-06 11:36
对选区激光熔化（selective laser melting,SLM） 316L不锈钢的拉伸性能及断裂机制进行了研究,并对拉伸断裂后的试样进行显微组织表征与分析,探究了拉伸变形过程中微观组织的演化规律。结果表明:采用选区激光熔化技术制备的316L不锈钢具有较好的强塑性匹配,其中晶粒内部纳米尺度胞状结构有助于强度的提升;其拉伸性能明显优于传统手段制备的316L不锈钢。选区激光熔化316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体晶粒内部产生形变孪晶,并且形变孪晶的出现存在取向相关,在取向接近<001>的晶粒中不易出现,而在取向接近<110>-<111>的晶粒中较易出现。
【文章来源】：金属学报. 2020,56(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
316L不锈钢粉体形貌的SEM像
选区激光熔化成形316L不锈钢拉伸断口形貌的SEM像如图6所示。图6a和b分别为竖直方向增材和水平方向增材试样拉伸断口形貌。2种增材方向试样拉伸断口中都可观察到韧窝形貌。拉伸断口形貌观察结果表明2种增材方向试样都表现出宏观塑性断裂行为，竖直方向增材试样的拉伸断口中可以观察到更多的韧窝形貌，这也反映其具有更高的塑性。拉伸断口局部形貌的高倍SEM像如图6c所示，可以观察到尺寸约为100～500 nm的等轴韧窝。韧窝是韧性断裂的典型形貌，在塑性变形过程中，材料内部会出现微孔洞，这些微孔洞在拉伸载荷下经形核、扩展、合并聚集最后相互连接而导致断裂，从而在拉伸断口上形成韧窝形貌。同时，从图6d中可观察到尺寸为10μm的球状孔洞。选区激光熔化成形过程中激光束与金属粉体交互作用、激光束与熔体的交互作用、金属粉体的运动、熔体的热毛细对流都可能导致缺陷的形成[33～35]。从能量输入的角度来讲，激光能量密度较低时会使层间出现未熔合区域(lack of fusion,LOF)，造成冶金结合不致密，形成沿层间分布的缺陷。在本实验激光参数成形条件下，不同增材方向的选区激光熔化成形316L不锈钢试样都能致密成形，缺陷形貌为规则、对称的近球形或椭球形，未观察到大尺寸的LOF类型缺陷。图6d中观察到的小尺寸球形孔洞极有可能是气孔或匙孔(key-hole)。与LOF类型缺陷形成机制不同，匙孔是由于局部激光功率密度过高，熔体失稳运动导致的。气孔则是在选区激光熔化过程中低熔点组分汽化或原料粉体中挟裹的气体在凝固时未及时逸出导致。相比于其它类型缺陷(裂纹、LOF缺陷等)，匙孔/气孔类型的缺陷由于尺寸较小且形貌规则、对称且分布均匀，对力学性能的影响较小。3 分析讨论
纳米尺度胞状结构是选区激光熔化成形316L不锈钢中独特的凝固组织。不同应变下选区激光熔化316L不锈钢微观组织演化过程的原位观测[40]表明：在3%应变下，主要变形机制是位错滑移，约10%的晶粒有孪晶的产生并穿过胞状结构；当应变增大到12%，孪生成为主要的变形机制；当应变增大至36%，孪晶的数目急剧增加，胞状结构形貌在整个变形过程中未发生明显变化。塑性变形过程中，形变孪晶的产生、孪晶界与胞状交互作用形成的独特三维空间结构使选区激光熔化成形316L不锈钢具有稳定的加工硬化能力，形变孪晶有助于在高应力水平下维持应变硬化，从而导致较高的塑性/断后延伸率。图8 选区激光熔化316L不锈钢不同方向增材试样拉伸断裂前后的局部取向差分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical properties and corrosion behavior of selective laser melted 316L stainless steel after different heat treatment processes[J]. Decheng Kong,Chaofang Dong,Xiaoqing Ni,Liang Zhang,Jizheng Yao,Cheng Man,Xuequn Cheng,Kui Xiao,Xiaogang Li. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[2]Mn含量对Fe-Mn-C孪生诱发塑性钢拉伸变形行为的影响[J]. 李冬冬,钱立和,刘帅,孟江英,张福成. 金属学报. 2018(12)
[3]SLM球形Ni粉的制备与打印工艺性能[J]. 张亚娟,王海滨,宋晓艳,聂祚仁. 金属学报. 2018(12)
[4]分层厚度对选区激光熔化成形Ti-5Al-2.5Sn合金组织与性能的影响规律[J]. 高飘,魏恺文,喻寒琛,杨晶晶,王泽敏,曾晓雁. 金属学报. 2018(07)
[5]AlSi10Mg的激光选区熔化成形研究[J]. 张文奇,朱海红,胡志恒,曾晓雁. 金属学报. 2017(08)
[6]核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测[J]. 郭舒,韩恩厚,王海涛,张志明,王俭秋. 金属学报. 2017(04)
[7]Microstructure and Fracture Behavior of 316L Austenitic Stainless Steel Produced by Selective Laser Melting[J]. R.Casati,J.Lemke,M.Vedani. Journal of Materials Science & Technology. 2016(08)
[8]低碳低合金钢的静力韧度与断裂韧度[J]. 芦琳,李周波,毕宗岳,薛磊红,马璇. 钢铁研究学报. 2014(06)
[9]屈强比升高对管线钢使用安全性的影响[J]. 姚婷珍,许天旱,王党会. 机械工程材料. 2012(08)
本文编号：3214305
【文章来源】：金属学报. 2020,56(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
316L不锈钢粉体形貌的SEM像
选区激光熔化成形316L不锈钢拉伸断口形貌的SEM像如图6所示。图6a和b分别为竖直方向增材和水平方向增材试样拉伸断口形貌。2种增材方向试样拉伸断口中都可观察到韧窝形貌。拉伸断口形貌观察结果表明2种增材方向试样都表现出宏观塑性断裂行为，竖直方向增材试样的拉伸断口中可以观察到更多的韧窝形貌，这也反映其具有更高的塑性。拉伸断口局部形貌的高倍SEM像如图6c所示，可以观察到尺寸约为100～500 nm的等轴韧窝。韧窝是韧性断裂的典型形貌，在塑性变形过程中，材料内部会出现微孔洞，这些微孔洞在拉伸载荷下经形核、扩展、合并聚集最后相互连接而导致断裂，从而在拉伸断口上形成韧窝形貌。同时，从图6d中可观察到尺寸为10μm的球状孔洞。选区激光熔化成形过程中激光束与金属粉体交互作用、激光束与熔体的交互作用、金属粉体的运动、熔体的热毛细对流都可能导致缺陷的形成[33～35]。从能量输入的角度来讲，激光能量密度较低时会使层间出现未熔合区域(lack of fusion,LOF)，造成冶金结合不致密，形成沿层间分布的缺陷。在本实验激光参数成形条件下，不同增材方向的选区激光熔化成形316L不锈钢试样都能致密成形，缺陷形貌为规则、对称的近球形或椭球形，未观察到大尺寸的LOF类型缺陷。图6d中观察到的小尺寸球形孔洞极有可能是气孔或匙孔(key-hole)。与LOF类型缺陷形成机制不同，匙孔是由于局部激光功率密度过高，熔体失稳运动导致的。气孔则是在选区激光熔化过程中低熔点组分汽化或原料粉体中挟裹的气体在凝固时未及时逸出导致。相比于其它类型缺陷(裂纹、LOF缺陷等)，匙孔/气孔类型的缺陷由于尺寸较小且形貌规则、对称且分布均匀，对力学性能的影响较小。3 分析讨论
纳米尺度胞状结构是选区激光熔化成形316L不锈钢中独特的凝固组织。不同应变下选区激光熔化316L不锈钢微观组织演化过程的原位观测[40]表明：在3%应变下，主要变形机制是位错滑移，约10%的晶粒有孪晶的产生并穿过胞状结构；当应变增大到12%，孪生成为主要的变形机制；当应变增大至36%，孪晶的数目急剧增加，胞状结构形貌在整个变形过程中未发生明显变化。塑性变形过程中，形变孪晶的产生、孪晶界与胞状交互作用形成的独特三维空间结构使选区激光熔化成形316L不锈钢具有稳定的加工硬化能力，形变孪晶有助于在高应力水平下维持应变硬化，从而导致较高的塑性/断后延伸率。图8 选区激光熔化316L不锈钢不同方向增材试样拉伸断裂前后的局部取向差分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical properties and corrosion behavior of selective laser melted 316L stainless steel after different heat treatment processes[J]. Decheng Kong,Chaofang Dong,Xiaoqing Ni,Liang Zhang,Jizheng Yao,Cheng Man,Xuequn Cheng,Kui Xiao,Xiaogang Li. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[2]Mn含量对Fe-Mn-C孪生诱发塑性钢拉伸变形行为的影响[J]. 李冬冬,钱立和,刘帅,孟江英,张福成. 金属学报. 2018(12)
[3]SLM球形Ni粉的制备与打印工艺性能[J]. 张亚娟,王海滨,宋晓艳,聂祚仁. 金属学报. 2018(12)
[4]分层厚度对选区激光熔化成形Ti-5Al-2.5Sn合金组织与性能的影响规律[J]. 高飘,魏恺文,喻寒琛,杨晶晶,王泽敏,曾晓雁. 金属学报. 2018(07)
[5]AlSi10Mg的激光选区熔化成形研究[J]. 张文奇,朱海红,胡志恒,曾晓雁. 金属学报. 2017(08)
[6]核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测[J]. 郭舒,韩恩厚,王海涛,张志明,王俭秋. 金属学报. 2017(04)
[7]Microstructure and Fracture Behavior of 316L Austenitic Stainless Steel Produced by Selective Laser Melting[J]. R.Casati,J.Lemke,M.Vedani. Journal of Materials Science & Technology. 2016(08)
[8]低碳低合金钢的静力韧度与断裂韧度[J]. 芦琳,李周波,毕宗岳,薛磊红,马璇. 钢铁研究学报. 2014(06)
[9]屈强比升高对管线钢使用安全性的影响[J]. 姚婷珍,许天旱,王党会. 机械工程材料. 2012(08)
本文编号：3214305
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