综述：SLM制造热作工具钢，特别相关的影响因素（2）( 二 )
将竣工立方体尺寸为50*50*50mm3切成四块 ， 根据表5进行进一步热处理 ， 以确保所有情况下的初始状态相同 。 初始状态的特征在于抛光部分上的无裂纹表面 ， 显示出较高的相对密度 。 热处理和金相之后 ， 使用SEM对样品进行研究(图20) 。 从(a)、(b)和(d)中的微观结构的比较 ， 可以推断出硬化处理有助于在建造状态下的特征团簇结构的均匀化 ， 最终导致与常规处理的H13中相似的结构 。 相比之下 ， 如果样品仅消除应力 ， 则团簇结构保持不变 ， 如图20c所示 。 此外 ， 如图20e中的能量色散谱(EDS)所示 ， 偏析元素钒和碳在建造状态下存在于硬化后的碳化物晶界处 ， 见图13 。
除了微观结构观察之外 ， 所有经过不同热处理程序的四个样品都通过XRD表征 ， 以评估直接非加工表面层中的奥氏体分数和残余应力 。 在所有热处理之后 ， 奥氏体分数显著降低 ， 即 ， 由应力消除或硬化以及这两个步骤的组合引起 。 同样的趋势也适用于残余应力 ， 如图21所示 。 总之 ， 消除应力的热处理导致奥氏体分数的减少 ， 同时残余应力的降低 ， 然而 ， 不能改变一般的微观结构外观 。 相反 ， 硬化处理可以额外地有助于微结构的均匀化 。 最后 ， 通过放电加工(EDM)对横截面为3*2mm2且平行于构建方向的标距长度为8 mm的狗骨形拉伸样品进行线切割并进行测试(包括三次重复) 。 拉伸试验中获得的结果如图22所示 。 所有热处理都提高了屈服强度(Rp0.2)和极限拉伸强度(UTS) 。 这两种趋势都可以合理化 ， 至少部分是由于奥氏体的减少 。 硬化后 ， 微结构被均匀化 ， 并且一些微结构特征的尺寸增加 。 根据Hall-petch关系 ， 与固溶处理的样品相比 ， 单独消除应力的样品中较小的特征尺寸预计会导致较高的屈服应力 。
图19.所有四个因素对孔隙率的影响对制造的影响(fz:焦距[mm
；PL:激光功率[W
；vs:扫描速度[mms-1
；hs:影线距离[mm
) 。 a)影响孔隙度的所有四个因素的主要影响图；b)用于参数优化的孔隙度百分比(0.1-10.0%)等值线图 。
图20 四种不同热处理条件下的SEM照片
图21.XRD测量考虑了在不同热处理条件下的四个样品 ，a)奥氏体分数和b)残余应力 。
2.2.2.设备相关参数的影响
机器状况测试旨在调查机器设置的影响 。 当应用确定的参数时 ， 面积减小的平台不合适 ， 因此要求面积为250*250 mm2的标准平台才符合工业制造需求 。 根据经验 ， 分析时必须考虑样品在平台上的位置 。 在这种情况下 ， 一个关键参数是平台上的温度分布 。
图22.不同热处理程序下四种样品条件的代表性应力-应变曲线 。 (AB:竣工；A +Q:奥氏体化退火和淬火；SR:消除应力)
为了研究位置对局部预热温度的影响 ， 将8*8个热电偶图案固定在具有标准尺寸(250*250mm2)的平台上 ， 以测量上表面的温度分布 。 在测量过程中 ， 关闭气流 ， 以避免测量过程中与气体冷却相关的任何影响 。 根据标准平台的预热限制 ， 机器上设置了200℃ ， 这是该平台尺寸允许的最高温度 。 如图23a所示 ， 实验确定的温度在中心区域附近较高 。 考虑到对图23所示构建布局进行的裂缝分析 ， 只有在中心区域构建的样品倾向于无裂缝 ， 如图23b所示 。 这清楚地强调了H13的增材制造期间裂纹的演变对平台上的局部预热温度的高度敏感 ， 如果无裂纹L-PBF处理至少需要200℃或以上的预热温度 。
图23.标称200℃预热时平台位置的影响 。 a)温度分布和b)导致不同平台位置样品出现裂纹和非裂纹情况的区域 。
2.2.3.不同粉末的影响
进行粉末敏感性试验是为了了解在L-PBF处理后粉末性质对样品最终质量的影响 。 在这些实验中 ， 激光参数和机器条件是固定的 ， 以研究开发的参数在多大程度上可以适用于其他粉末 ， 而无需进一步修改 。 考虑了来自不同供应商的四种H13粉末(粉末1、2和3是来自其他供应商的粉末 ， 粉末4是用于之前详述的所有研究的H13-ref粉末) 。 所有相关的粉末细节 ， 包括化学成分、几何特征和物理性质都以同样的方式确定 。
图24.由不同H13粉末制造的实际上致密的样品中两个不同部分的孔隙率 ， a) XY截面和b) XZ截面(参考坐标系如图14所示) 。
【综述：SLM制造热作工具钢，特别相关的影响因素（2）】图25.研究样本中出现的两种主要裂纹类型 。 A)粉末1和3中的A型(未熔合)和B)粉末3中的B型(固化开裂) 。
为了评估不同粉末的影响 ， 使用前面章节中提到的相同的最佳激光/机器条件来制造用于密度测量和机械表征(拉伸试验和V形缺口夏比试验)的样品 。 平行和垂直于所有制造样品的构建方向的缺陷被评估 。 一般来说 ， 如图24所示 ， 样品显示出类似的相对较低的孔隙率水平 ， 低于0.1% 。 然而 ， 可以清楚地识别出两种类型的缺陷(图25) 。 A型见于由粉末1和3制成的样品 ， 而B型仅出现在粉末3样品中 。 A型裂纹平行于构件发展 ， 明显位于单个熔池之间:因此 ， 这种缺陷被认为是未熔合 。 B型裂纹几乎沿着建造方向生长 。 这些裂纹位于簇之间的边界 ， 并且可以穿过熔池边界 。 这些类型的裂纹被称为凝固裂纹 ， 是在凝固过程本身中产生的 。
推荐阅读
- 在火星表面炼钢铁，以后在火星表面制造火星基地很需要这项技术
- 25万年前UFO遗落的装置？或是人为制造的“未解之谜”
- 用于微/纳米尺度三维制造的双光子光刻: 综述（2）
- 微观世界，原子旋涡，能否制造亚原子级显微镜？
- 用于微/纳米尺度三维制造的双光子光刻: 综述（1）
- 美国登月计划从开始到结束，会在月球上制造200多吨的垃圾？
- 从精密制造到改变生命，被低估的纳米机器人
- 仅仅只有75公斤，英国科学家们成功制造了可以携带的量子时钟
- 不可思议的谜团\八卦太极图\是外星人制造飞碟的图纸?
- Molecular Psychiatry系统综述：抑郁症的血清素理论