基于電弧定向能量沉積技術增材制備的奧氏體不銹鋼的微觀結構轉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）技術增材制造了奧氏體不銹鋼（ASS）。對沉積結構頂部、中部和底部區(qū)域的宏觀結構、微觀結構、不同空間方向（0°、90°和45°）的機械特性以及磨損特性進行了評估。結果顯示，增材制造SS316LSi鋼的微觀結構主要由奧氏體（γ）和δ-鐵素體（δ）相組成。在γ基體內，δ相同時在晶界內及沿晶界分布，呈現出細小的蠕蟲狀形態(tài)。在拉伸和沖擊測試結果中，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，隨著構建高度的增加，硬度值有所下降。在對拉伸試樣斷裂表面進行掃描電子顯微鏡（SEM）檢查時，觀察到閉合的小凹坑，表明構建結構具有良好的延展性。磨損測試結果顯示，存在輕微的氧化和常見的粘著磨損現象。通過沉積機械混合復合層，發(fā)現氧化率的增加有助于磨損表面的修復。本研究的發(fā)現將有助于設計、生產和改造易磨損的產品/部件。電弧增材制造沉積的奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的強度和抗沖擊能力，可用于國防應用中，如軍用車輛和飛機的裝甲板生產。

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

主要結論

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）結構的微觀結構演變、機械特性和摩擦學方面的關系。主要發(fā)現包括：
•采用電弧定向能量沉積工藝制備的奧氏體不銹鋼（SS316LSi）具有完全異質的微觀結構，在構建方向的不同位置有明顯的晶粒形成。主要的微觀結構元素包括奧氏體相、柱狀晶、等軸晶和細胞狀枝晶，且沉積中散布有少量的δ-鐵素體。


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


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


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


•增材制造的奧氏體不銹鋼由于其優(yōu)異的強度、抗沖擊性和耐磨性，可應用于軍用車輛和飛機的裝甲板生產。   
上述發(fā)現為設計、生產或改造易磨損產品/部件提供了重要的參考依據。沉積電弧增材制造奧氏體不銹鋼表現出卓越的強度和抗沖擊性，使其成為了國防應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。本研究為關鍵領域中的先進材料開辟了新的途徑，展示了電弧定向能量沉積技術在提升增材制造奧氏體不銹鋼性能和耐久性方面的潛力。