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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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颗粒增强相SiC/TiC对316L不锈钢SLM工艺及性能的影响

沈显峰  赵曙明  滕文华  
【摘要】:针对现有316L成型件性能不能满足国防及核电等行业某些承受重负荷结构件的高强度要求及高耐磨损性能要求等问题,采用颗粒增强思路,研究了颗粒增强相成分及粒度、质量分数和工艺参数对316L不锈钢成型工艺和性能的影响规律,并探讨了其增强机理。气雾化316L/TiC成型试验结果表明,成型块体致密度随激光功率、曝光时间增大而增加,成型块体拉伸性能随曝光时间增加而提高。纯气雾化316L成型零件在激光功率200W、曝光时间150μs时取得最大致密度99.01%。SiC增强相在高温下易于Fe发生反应导致了其SLM成型困难,成形件存在大量孔洞,并且表面球化现象严重,因此不宜采用SiC颗粒增强316L不锈钢。为探明纳米TiC的颗粒增强效果,共设计了四种粉末体系:纯气雾化316L不锈钢粉末、98wt.%气雾化316L斗2wt.%40nmTiC混合粉末、96wt.%气雾化316L斗4wt.%40nm TiC混合粉末、98wt.%气雾化316L+2wt.%800nm TiC混合粉末。试验结果表明,2wt.%40nm、4wt.%40nm、2wt.%800nmTiC的TiC/3 16L混合粉末均获得了良好的成型以及性能增强效果;添加2wt.%40hm TiC的成型性能最优,在优化工艺参数下,成型块体致密度达到98.34%,相比纯3 1 6L,抗拉强度从627.5MPa提升了1 9.3%,达到748.6 MPa。TiC颗粒显著还提高了基体316L的显微硬度,TiC含量越高,显微硬度提高越大,纯316L成型零件Hv0.3=219.1,316L+2wt.%40nm TiC成型零件的显微硬度提升了30.2%达Hv0.3=277.6,316L+4wt.%40nmTiC成型零件Hv0.3=285.2,316L+2wt.%800nm TiC成型零件Hv0.3=269.5。40nmTiC增强效果优于800nmTiC。40nm粒径TiC的增强效果要优于800nm。TiC颗粒增强的机理在于一是纳米TiC的加入使得晶粒尺寸明显减小,晶粒尺寸的细化造成晶界增多,更多的晶界阻碍了位错的运动和传播,进而增加了强度;二是纳米TiC颗粒与316L基体热膨胀系数差别显著(TiC的为7.74×10(-6)/K和316L的为17.3×10(-6)/K),纳米TiC颗粒的加入增加了位错密度,阻碍了316L基体的熔化、凝固过程中的体积变化,进一步增加了强度。并且纳米TiC添加的含量越高,316L晶粒细化作用越明显;但是过量的纳米TiC颗粒会在局部区域发生团聚,加剧SLM球化现象,导致孔洞率增大,致密度降低。

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