激光增材制造过程中循环热输入对组织和性能的影响

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激光增材制造过程中循环热输入对组织和性能的影响

2024-07-06 10:52| 来源: 网络整理| 查看: 265

LAM逐层沉积过程中,层与层之间或者多层与多层之间的激光扫描停顿时间称为层间延时时间(interlayer delay time,IDT)[47]。通过控制IDT来调控微观组织结构从而增强材料的力学性能,是LAM的独特优势。Xu等[23]研究发现,较长的IDT具有细化晶粒的效果;通过LPBF工艺调控,能够将α'马氏体原位分解为层状的(α + β)微结构,获得较高屈服强度和极限抗拉强度的Ti6Al4V,如图5所示[21~25],力学性能优于大多数EBM和LDED成型的试样。Kürnsteiner等[50]通过原位析出强化和局部微观结构控制的原理,制造出1.3 GPa抗拉强度和10%断裂伸长率的高强钢。如图7a和b[50]所示,通过改变IDT,调控冷却行为,当IDT = 180 s时,沉积材料能够冷却到马氏体相变起始温度(Ms)以下,保证大量马氏体相的形成,为后续析出相的形成提供母体条件。循环热处理效应促进纳米(Ni, Fe)3Ti在激光沉积过程中原位析出,形成跨多个尺度的复杂微观组织。图7c和d[50]中扫描电镜(SEM)和三维原子探针(APT)分析表明,该层状结构由软区(几乎无析出物)和含有高体积分数纳米析出物的硬区组成。这些析出物主要是在马氏体中形成;因此,确保马氏体基体的形成是获得高密度析出物和良好性能的前提。类似地,Amirabdollahian等[51]在LAM成型13.0Ni-15.0Co-10.0Mo-0.2Ti-Fe马氏体时效钢时,采用不同的IDT (分别为30、120和250 s),增加IDT以减少循环热输入,促进奥氏体向马氏体的转变,为后续金属间化合物析出提供有利基体条件。如图7e和f[51]所示,IDT = 30 s的样品中没有发现析出物,而在IDT = 250 s试样中发现大量纳米析出物,包括Ni3Mo和Ni3Ti。因此,利用层间延时来改变循环热输入的频率,为LAM过程中原位组织转变和沉淀析出提供合适的温度范围和时间。



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