316L不锈钢选区激光熔化(SLM)成形工艺与组织性能研究

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选区激光熔化(SLM)成形工艺简单,通过激光熔化金属粉末可以直接成形内部结构比较复杂的产品。316L不锈钢是工业和医学应用中广泛使用的金属材料,是国际上公认的医用植入材料,同时也被广泛应用于海水淡化装置、石油管道等领域内的复杂形状构件。在以上的实际应用中,可靠性是必要前提,而打印试样的完整性、耐蚀性和力学性能是可靠性的重要保障。由于选区激光熔化技术工艺原理的特性,致使打印件的耐腐蚀性、拉伸性能、冲击性能和疲劳性能与传统材料相比存在明显的差异。因此,系统地研究不同成形工艺条件对选区激光熔化技术成形316L不锈钢组织性能的影响具有实际意义。本文首先以激光功率、激光扫描速度、激光扫描间距、打印层厚为因素进行四因素五水平正交试验。结果表明,激光扫描速度是影响316L SLM打印件(316LSLM)致密度最主要的影响因素。以激光扫描速度为变量进行优化试验,结果表明,本文条件下,致密度随着扫描速度的增加先增加后减小。进一步研究了不同扫描速度下打印件的组织及力学性能。总体上,在垂直方向上,晶粒沿着层厚增加方向生长。不同扫描速度下试样垂直方向上的平均拉伸强度约为316L-R(轧制态)板材的87%,延伸率为48%。试样的冲击功为316L-R的43%,疲劳周次为316L-R的12%。在不同速度条件下水平截面内x、y方向上试样的拉伸强度高于316L-R板材。冲击功为316L-R的47%,疲劳周次为316L-R的28%。其断口呈现蜂窝状的小韧窝,是典型的韧性断裂。预热温度后试样的拉伸强度与室温下试样相比,各方向上拉伸强度变化不大。但在y,z方向上,预热温度后试样的延伸率与室温下试样的延伸率相比,提高6.3%。预热温度后试样的冲击功与室温条件下试样相比,各方向上冲击功无明显变化。在x,y方向上预热条件下试样的疲劳循环周次和室温条件下试样的疲劳循环周次相比,提高了62%,z方向上试样的疲劳周次变化不大。316L-R试样的耐腐蚀性能优于SLM工艺条件下试样。316L-R试样的开路电压稳定值为-0.474V,不同速度条件下SLM试样的开路电压与316L-R试样相比,下降0.1V~0.4V。经过650℃热处理后,SLM试样的开路电压提高0.01V~0.2V,1050℃热处理后试样的开路电压提高0.05V~0.17V。由极化曲线得出316L-R试样的腐蚀电流密度最小,不同速度条件下试样腐蚀电流密度高于316L-R。经过650℃热处理后,腐蚀电流密度与无热处理试样相比减少1.2%~5.8%,1050℃热处理后试样的腐蚀电流密度与热处理温度为650℃试样相比减少了2.5%~17%。
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