科研動態

省科學院新材料所在激光3D打印新型沉淀硬化鋼(CX鋼)強化作用機制研究領域取得重要進展

來源: 時間:2020-11-23

  沉淀硬化時效鋼由于具有耐腐蝕、強硬度高、耐磨損、韌性好且有良好成型性等獨特特性,是船舶產業,汽車工業,高端工模具、生物醫學等先進工業應用中的頂級候選材料。為了促進新一代高質量、難加工、多功能精密模具的快速成型及研發推廣,省科學院新材料研究所長期致力于激光3D打印沉淀硬化時效鋼的工藝開發及才控形控性等方面的研究。先進工模具的服役壽命和可靠性與其加工工藝、后處理方法及相應機械性能密切相關。針對這一問題,省科學院新材料研究所聯合法國貝爾福-蒙貝利亞技術大學、特魯瓦工程技術大學首次報道了3D打印制備新型沉淀硬化鋼(CX鋼)中析出相的沉淀硬化行為,建立了3D打印CX鋼在不同熱處理狀態下的納米沉淀-微觀組織-宏觀性能間的關系,揭示了新型沉淀硬化不銹鋼材料優異的使役行為,并就對其一系列問題發表了多篇高水平SCI收錄學術論文。

  研究人員采用掃描電子顯微鏡(SEM),X射線衍射(XRD),電子背散射衍射(EBSD)和透射電子顯微鏡(TEM)對SLM CX沉淀硬化鋼在原始狀態和熱處理條件下的顯微組織沉淀分布和演變以及力學性能進行了系統研究。SLM CX不銹鋼主要由大量的細小馬氏體(α'-Fe相)組織和少量的奧氏體(γ-Fe相)組織組成。SLM CX試樣沿打印方向的擇優晶體學取向為<111>方向。通過采用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)及能量散射X射線譜儀(EDS)標定后發現,無論是原始狀態還是熱處理后的樣品均有大量位錯和納米棒狀β-NiAl沉淀物(7–30 nm)分布在低碳馬氏體中。經過固溶時效熱處理后的SLM CX鋼硬度可達510 HV 0.2,其最大抗拉強度(UTS)也從打印制備后的1043 MPa增加到固溶時效熱處理后的1601 MPa。通過對工藝模型優化、晶體學取向分析及沉淀硬化析出行為的系統性研究,為進一步開發并使用激光3D打印技術制備高強韌馬氏體沉淀硬化鋼奠定了豐富實踐和理論基礎,為大力推廣3D打印馬氏體沉淀硬化鋼在高端工模具中的應用提供支持。

  相關研究成果已在Journal of Materials Science & Technology,Materials Science and Engineering: A,Journal of Materials Science等知名學術期刊上發表。

  該研究得到廣東省自然科學基金、廣東省科學院科技發展專項等項目支持。

  相關連接:

  [1] https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.09.031 

  [2] https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139227

  [3] https://doi.org/10.1007/s10853-020-04566-x

    

  圖 1:激光3D打印CX鋼理論模型

   

  

  圖 2:激光3D打印CX鋼試樣不同表面組織織構及晶粒尺寸

   

  

  圖 3:熱處理前后激光3D打印CX鋼試樣沉淀硬化析出行為、機械性能及隨形冷卻模具

 ?。ㄊ】茖W院新材料所 閆星辰/撰稿)

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