基于電弧定向能量沉積技術(shù)增材制備的奧氏體不銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及耐磨性提升研究

來源：Defence Technology

本研究采用電弧定向能量沉積（DED）技術(shù)增材制造了奧氏體不銹鋼（ASS）。對沉積結(jié)構(gòu)頂部、中部和底部區(qū)域的宏觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、不同空間方向（0°、90°和45°）的機(jī)械特性以及磨損特性進(jìn)行了評估。結(jié)果顯示，增材制造SS316LSi鋼的微觀結(jié)構(gòu)主要由奧氏體（γ）和δ-鐵素體（δ）相組成。在γ基體內(nèi)，δ相同時(shí)在晶界內(nèi)及沿晶界分布，呈現(xiàn)出細(xì)小的蠕蟲狀形態(tài)。在拉伸和沖擊測試結(jié)果中，電弧增材制造（WAAM）沉積的奧氏體不銹鋼的底部、中部和頂部區(qū)域顯示出與鍛造SS316L相似的特性。值得注意的是，隨著構(gòu)建高度的增加，硬度值有所下降。在對拉伸試樣斷裂表面進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）檢查時(shí)，觀察到閉合的小凹坑，表明構(gòu)建結(jié)構(gòu)具有良好的延展性。磨損測試結(jié)果顯示，存在輕微的氧化和常見的粘著磨損現(xiàn)象。通過沉積機(jī)械混合復(fù)合層，發(fā)現(xiàn)氧化率的增加有助于磨損表面的修復(fù)。本研究的發(fā)現(xiàn)將有助于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和改造易磨損的產(chǎn)品/部件。電弧增材制造沉積的奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)度和抗沖擊能力，可用于國防應(yīng)用中，如軍用車輛和飛機(jī)的裝甲板生產(chǎn)。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.02.006

主要結(jié)論

本研究利用電弧定向能量沉積（DED）工藝研究并確立了增材沉積的奧氏體不銹鋼（SS316LSi）結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)演變、機(jī)械特性和摩擦學(xué)方面的關(guān)系。主要發(fā)現(xiàn)包括：
•采用電弧定向能量沉積工藝制備的奧氏體不銹鋼（SS316LSi）具有完全異質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，在構(gòu)建方向的不同位置有明顯的晶粒形成。主要的微觀結(jié)構(gòu)元素包括奧氏體相、柱狀晶、等軸晶和細(xì)胞狀枝晶，且沉積中散布有少量的δ-鐵素體。


•0°方向的拉伸強(qiáng)度具有比其他方向更高的極限抗拉強(qiáng)度（UTS）。冷卻速率的差異是導(dǎo)致上下層硬度、沖擊和拉伸強(qiáng)度變化的一個(gè)因素。   


•電弧增材制造處理的奧氏體不銹鋼樣品的摩擦系數(shù)（COF）范圍為0.5410-0.5688。


•當(dāng)載荷為30N時(shí)，最大磨損率為39.6×10−4 mm3/(N·m)；當(dāng)載荷為20N時(shí)，最小磨損率為25.9×10−4 mm3/(N·m)。載荷增加導(dǎo)致磨損軌跡塑性變形增大，從而提高了磨損率和摩擦系數(shù)。


•增材制造的奧氏體不銹鋼由于其優(yōu)異的強(qiáng)度、抗沖擊性和耐磨性，可應(yīng)用于軍用車輛和飛機(jī)的裝甲板生產(chǎn)。   
上述發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或改造易磨損產(chǎn)品/部件提供了重要的參考依據(jù)。沉積電弧增材制造奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出卓越的強(qiáng)度和抗沖擊性，使其成為了國防應(yīng)用中裝甲板制造的優(yōu)選材料，尤其適用于軍用車輛和飛機(jī)。本研究為關(guān)鍵領(lǐng)域中的先進(jìn)材料開辟了新的途徑，展示了電弧定向能量沉積技術(shù)在提升增材制造奧氏體不銹鋼性能和耐久性方面的潛力。