图26 LPBF制备试样的微观结构演变：（a）水平和垂直横截面的特征形貌；（b）细胞晶体和细长针状晶体的结构和形成机制；（c）熔池和重叠区域微观结构的示意图和形成机制 。
镍钼合金钢LPBF过程中形成的主要由α-Fe（m）相（m、Cr、Ni、Mo）组成的非常精细的微观结构 。 LPBF制造的热加工钢的微观结构以富碳γ-Fe区装饰在晶界上的α-Fe树枝状细胞为特征 。 LPBF制造的316L不锈钢显示出更细的等轴晶粒 ， 这在不影响延展性的情况下产生了优异的机械性能 。 图27a为316L SS LPBF过程中形成的不同长度尺度的典型微观结构示意图 。 Wang等人认为 ， 这种综合性能是由凝固胞、低角度晶界和高角度晶界、位错和氧化物夹杂物组成的微观结构的优良特性（图27b–h） 。
图27 LPBF 316L SS典型微观结构示意图 。
LPBF处理的17-4 PH钢显示出高比例的奥氏体相 ， 甚至完全奥氏体微观结构 。 Facchini等人报道 ， 17–4 PH不锈钢的LPBF含有72%的奥氏体和28%的马氏体 。 此外 ， 少量富铌碳化物的存在尚不确定 。 TEM研究证实马氏体圆盘之间存在残余奥氏体 。 17-4 PH钢（包括奥氏体钢、马氏体钢和铁素体钢）的LPBF工艺通常在?001? 沿建筑方向对齐的方向（z轴） 。
4.2.磨损和表面纹理特征
由于LPBF过程经历了复杂的热物理机制 ， 导致表面粗糙度增加 。 LPBF零件表面出现缺陷和表面粗糙度 ， 如热裂纹、飞溅、未熔化/部分熔化、波纹效应、阶梯效应、表面和亚表面孔隙、凹入特征等 ， 这些都是导致不良表面光洁度或表面纹理的原因 。 目前 ， 很难将LPBF加工零件的磨损和表面纹理特征与实际应用联系起来 。 然而 ， 为了将LPBF应用扩展到摩擦副 ， 研究不同接触条件下钢的LPBF工艺的磨损性能至关重要 。
磨损是指材料从接触面上的损失或位移 。 LPBF处理钢的磨损率与孔隙率的体积百分比呈线性关系 。 对于存在孔隙的低密度LPBF工艺钢 ， 报告的磨损率比散装钢高6–17%（见图28） 。 如果LPBF建造的钢组件完全致密且表面缺陷数量最少 ， 则确实有可能实现与传统钢相同或更好的耐磨性 。
图28 120 rpm、10 N（a）bulk 316L和（b）LPBF 316L（175 mm/s ， 150 W）样品干磨损试验条件下的磨损率比较 。 （a）中的“O”标记表示摩擦氧化膜 。
表面粗糙度在决定LPBF加工钢部件的机械、摩擦学和功能性能方面起着关键作用 。 表面纹理是指表面上存在的几何不规则性 ， 不包括影响表面形状或形状的几何缺陷 。 LPBF构建的包含表面粗糙度和其他颗粒特征的表面通常通过使用3D光学轮廓仪和X射线计算机断层扫描（XCT）进行表征 ， 从而允许将捕获的数据用于3D表面纹理表征 。 水平建造的LPBF部件受成球、波纹效应、飞溅的影响 ， 而楼梯（阶梯）效应、未熔化/部分熔化的颗粒与LPBF加工部件的弯曲或倾斜表面相连（见图29a和b） 。 通过自适应减小熔体轨道层之间的层厚 ， 可以最小化阶梯效应 。
图29 （a）显示阶梯效应的Alicona G4图像 ， （b）显示未熔化/部分熔化粉末粘附在台阶边缘的斜面SEM图像 。
由于粉末未充分熔化 ， 能量密度较低会导致破碎、粗糙和分散的多孔磨损表面出现裂纹 。 同样 ， 过高的能量密度会导致热飞溅物喷出 ， 并在LPBF处理的零件表面重新沉积 ， 从而导致较高的表面粗糙度 。 除了采用激光重熔和合适的后处理方法外 ， 通过选择优化的LPBF工艺参数 ， 包括较小的层厚 ， 可以提高耐磨性和表面光洁度 。 通过采用化学磨料流抛光技术 ， 可以消除内表面上部分熔化的粉末颗粒 ， 同时可以显著改善表面光洁度和纹理（至少45%Ra值） 。 此外 ， 在马氏体时效钢的LPBF过程中 ， 碳化钨的强化导致形成了一层薄的碳化物层 ， 这将磨损率显著降低了1500倍以上 。
来源：A comprehensive review on laser powder bed fusion of steels: Processing microstructure defects and control methods mechanical properties current challenges and future trends Journal of Manufacturing Processes doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.033
【钢的激光粉末床熔炼综述：工艺、微观结构、缺陷和控制方法、机械性能、当前挑战和未来趋势（3）】参考文献：A comprehensive review on energy efficient CO2 breakthrough technologies for sustainable green iron and steel manufacturing Renew Sustain Energy Rev 50 (2015) pp. 594-614
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