综述：钢铁材料增材制造过程中的研究进展与挑(3)

图3 SLM制造的17-4PH不锈钢的EBSD图钢

图解：a图像质量图（Image quality map）和b相图（Phase Map）。熔池边界的大概位置采用黑色的点线标示出来。熔池形状在不同的层之间的明显区别在于每一层旋转 90°进行扫描的结果。

当采用SLM制造工艺和传统工艺进行制造时，其显微组织和机械性能的比较会呈现出在几乎所有的情形下其抗拉强度均呈现出显著的变化。然而，几乎没有一个SLM制造的样品同在H900状态下的传统的变形合金的YS或UTS可以相当。这一机械性能的变化主要归因于SLM制造的样品存在一定程度的显著的残余奥氏体，与此同时显微组织中还存在气孔。非常重要的观察到在析出硬化钢中奥氏体的存在会影响其硬度，这是因为固溶的原子会在奥氏体中更多的溶解，比在铁素体或马氏体中要多。由此限制了在时效过程中形成析出相的能力。显微组织中奥氏体区域的缺乏在17–4 PH 钢和18Ni 300马氏体时效硬化钢中均观察到，每一个在经历热时效之后观察的。如图4所示为18Ni 300马氏体时效硬化钢的原子探针分析结果。图4ａｂ显示了马氏体显微结构的区域，每一个均经历了热时效。金属间化合物相在封闭等浓度面上形成。相反地，而图4ｃ中的原子探针数据则呈现出AM制造的样品中奥氏体和马氏体区域之间的界面。在奥氏体中的析出相的整个的缺失和马氏体的缺失相比较是非常明显的。

图4　 18Ni 300 马氏体时效硬化钢的原子探针层析成像

图解：aDED (=?LMD)制造的材料同；b传统制造工艺制造的材料；(c)另外以一种DED工艺制造的材料的数据 表明其奥氏体和马氏体之间不同的析出行为。

AM制造的气氛也影响到制造的17-4PH钢的机械性能。一个关于制造气氛对17-4PH钢的机械性能的影响采用DED技术进行了研究，气氛分别为Ar气和空气。采用AM制造的所有的样品的UTS均比传统的合金的要低，在空气中AM制造的样品的强度得到了增加，在空气中制造的样品在经过热处理之后其UTS为1145MPa。在Ar中在同一状态下增加了7%。进一步的对显微组织进行分析，得出由于非晶氧化物的弥散效应和空气中的N的固溶强化效应造成的。此外，在N2气氛中进行打印时，得到的马氏体会导致17-4PH钢的部件可以获得同传统工艺相当的UTS和韧性，这是因为在拉伸测试过程中的塑性变形造成的显著的应变硬化。

下图所示为不同增材制造17-4PH钢样品的UTS和韧性的组合的总结。这一图片也同时显示了传统制造工艺制造的17-4PH钢的性能和AM工艺的对比。从该图中可以看到，AM工艺的参数不同，表面处理不同和后热时效处理不同时，不同研究和不同样品之间的差别比较大。同时对MA制造的合金，其性能的变化也比较大。同时还可以观察到，在没有优化工艺参数的时候以及后热处理，其材料的强度和韧性会比较差。然而，这一图片也同时指出，在优化参数之后，可以获得同传统制造工艺几乎相当甚至还优于传统制造工艺的性能。Facchini 等人曾经报道过可以获得优异的UTS和韧性的组合，其原因是在拉伸测试中的应变诱导马氏体的形成造成的。Rafi等人则将样品中的韧性的增加归因于同一效应。　

图5 17–4 PH钢的样在采用AM制造和传统工艺进行制造时的极限抗拉强度和延伸率的结果图

在优化的工艺参数条件下和适当的热处理条件下，AM制造的17–4 PH不锈钢的显微硬度可以同传统的工艺制造的17–4 PH不锈钢相当 (～?450 HV 0.5)。　

SLM制造的17–4 PH不锈钢的磨损性能同传统的工艺相比较，主要取决于占据主导地位的磨损机理。干摩擦时，传统工艺制造的样品呈现出比SLM要大得多的磨损速率。这是因为SLM制造工艺所造成得显微组织细小和显微硬度比较高的缘故。然而，在有润滑的条件下，SLM制造的样品则具有较高得磨损速率。这主要归因于润滑剂改变了占据主导地位的磨损机理，从黏附磨损到表面疲劳和磨损转变。

图6 AM制造17-4PH钢的示意图，热处理过程和疲劳性能

一些关于AM制造 17–4 PH 钢的疲劳研究也同时研究了热处理对这些样品的疲劳性能的影响。在经过固溶退火和时效处理之后，SLM制造的部件将会呈现出比同一热处理工艺条件下的传统工艺的部件的疲劳性能要低。Yadollahi 曾经报道其SLM制造的 17–4 PH 钢的疲劳性能比传统工艺制造的部件的性能要低四倍，这主要归因于SLM制造过程中的缺陷。研究人员同时报道，在经过固溶热处理和时效处理，然后再经过H900的处理，其疲劳性能可以在低周循环时得到提高，但在高周疲劳循环时却变得更差。这归因于热处理导致的对杂质的敏感性的增加。这一敏感性在低周疲劳时不敏感。这一现象在传统的变形合金中没有被观察到。这一现象在SLM制造15-5PH钢的时候也会观察到。

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