德国马普所+弗劳恩霍夫激光所Nature正刊丨高强钢的激光增材制造
前言
由激光增材制造(LAM)生产的零件会经历独特的热过程。首先是从液态快速淬火，然后是固有热处理（IHT），即由多个短温度峰值组成的循环再加热。在定向能量沉积(DED)中，零件是通过激光熔化由载气通过喷嘴送入的粉末逐层构建的。在定向能量沉积制备过程中，固有热处理很明显，因此提供了局部调整微观结构的机会。然而，必须对新材料进行定制设计，以最好地利用这些特定条件。因为传统合金成分针对其他加工路线（例如铸造或锻造）进行了优化，因此无法期望其在激光增材制造过程中发挥优化作用。
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2409-3
论文正文
图1 定向能量沉积的Fe19Ni5Ti样品
图2显示了激光增材制造生产的马氏体时效钢的典型显微组织，由Ni-马氏体基体组成，残余奥氏体出现在枝晶间区域。奥氏体能够稳定是因为枝晶间区域富含溶质。电子背散射衍射（EBSD）表明，硬带和较软区域都具有相似的奥氏体分数和马氏体形态（图2a）。元素映射揭示了两个不同长度尺度上Ti分布的不均匀性（图2b和2c）。(1)在熔池中的流体流动期间，预合金化的Fe20Ni（wt%）粉末与元素Ti粉末的不完全混合导致了几百微米大小的富钛区域。这些混合不均匀性对总相分数没有影响。(2)Ti在凝固过程中向枝晶间区域的微偏析导致微米级区域富集Ti。图2b显示，硬区和软区之间合金元素的分布或浓度没有明显差异。
图2 微观结构表征
图2c说明了Ti和Ni微偏析在稳定奥氏体中的作用。带有重叠EBSD图的电子显微照片显示，光滑、颜色较深的区域是奥氏体。马氏体看起来更亮，因为更粗糙的表面发射更多的二次电子。元素映射表明枝晶间区域的奥氏体富含Ti和Ni。这是违反直觉的，因为Ti通常被归类为钢中的铁素体稳定元素。然而，我们使用相图计算(CALPHAD)模拟计算了马氏体形成的驱动力，结果表明Ti富集降低了奥氏体和马氏体之间的吉布斯能量差。在这种合金中，Ti因此充当奥氏体稳定剂。由定向能量沉积期间的快速冷却产生的这些枝晶和枝晶间区域代表了图1c中所示的分级微观结构的中间成分。
来源：增材制造硕博联盟
