選區(qū)激光融化與傳統(tǒng)加工方式制造NiCrMo合金的性能對比

前言

增材制造工藝在過去十年中越來越受歡迎，主要是因為它們能夠生產(chǎn)復雜的形狀并減少材料浪費。根據(jù)ISO/ASTM 52900 ，增材制造技術(shù)包括七個工藝類別。然而，關(guān)于通過SLM或SMM制造技術(shù)生產(chǎn)的鎳鉻合金性能的綜合數(shù)據(jù)仍然有限。

本文比較了新的數(shù)字制造工藝（選擇性激光熔化（SLM）、軟金屬銑削（SMM））和傳統(tǒng)的失蠟鑄造（LWC）由相同成分的單一合金制備的鎳-鉻-鉬（Ni–Cr–Mo）合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學性能。

試樣制備

兩種試樣

1#：圓盤（直徑10毫米，高3毫米）

2#：啞鈴形（根據(jù)ISO 22674）。

圓盤試樣通過各種分析方法用于研究微觀結(jié)構(gòu)，而啞鈴形試樣則進行拉伸以確定力學性能。

試樣由球形鎳鉻鉬合金制成（Ni 68 wt%，Cr 22 wt%，Mo 9 wt%），平均粒徑＜ 40 μm，使用三種不同的技術(shù)（LWC、SLM 和 SMM）。

LWC試樣：將蠟?zāi)Ｍ度耄谌蹱t中蒸發(fā)，并在真空鑄造裝置中鑄造。

SLM試樣：使用SLM機器和鐿光纖激光束（光斑尺寸0.08mm，最大功率200W）在氮氣氣氛（流速為5L/min）中生產(chǎn)。激光功率為175 W，層厚為35 μm，艙口間距為60 μm，掃描速度為1800 mm/s。

SMM試樣：使用200 MPa的單軸壓力機將Ni-Cr-Mo粉末壓入圓盤形模具中。然后用機器對預(yù)燒結(jié)塊進行軟銑削，并將試樣在1350°C下燒結(jié)1小時，使用爐子吹掃氬氣（流速為0.6L / mm）。

SEM圖像，放大倍率250×

LWC （a），SLM （b）和SMM （c）

μCT圖像對比

下圖顯示了三種不同方法產(chǎn)生的Ni-Cr-Mo合金的μCT圖像。通過真空鑄造技術(shù)生產(chǎn)的LWC合金顯示出相對無孔的圖像。同時， SLM和SMM合金內(nèi)部分別均勻分布了大量的大孔和小孔

LWC （a），SLM （b），SMM （c）

顯微圖像對比

Ni-Cr-Mo合金的OM圖像如下圖所示，其結(jié)果與μCT結(jié)果相當。LWC合金僅表現(xiàn)出少量的孔隙，而SLM合金由于熔池對前一層的滲透不足而顯示出缺乏熔合孔隙率。為了盡量減少這種缺乏熔合孔隙率，應(yīng)進一步優(yōu)化SLM工藝條件，包括光束速度、層厚度和艙口間距。由于粉末冶金過程中的塑性變形，SMM合金顯示出大量小而圓形的孔的形成。密度分析還顯示LWC合金的密度更高

LWC：（8.42 g/cm3）

SLM：（6.87 g/cm3）

SMM：（7.62g/cm3）

放大倍數(shù)50×

LWC （a），SLM （b），SMM （c）

XRD對比

下圖顯示了Ni-Cr-Mo合金的XRD光譜。XRD圖譜顯示，所有合金均由γ（面心立方體，F(xiàn)CC）相基體組成，表明Ni是固溶體。與LWC試樣相比，SLM合金表現(xiàn)出的較高峰可能是SLM試樣的結(jié)晶度更高。在SMM合金中觀察到（111）平面的輕微偏移，表明由于合金中的低Mo濃度，晶像尺寸減小。只有SMM合金顯示出具有ε（六方緊密堆積，HCP）相的（Mo，Cr）C碳化物的形成。眾所周知，碳化物沉淀會增加合金的強度參數(shù)。

LWC （a），SLM （b），SMM （c）

EDS對比

Ni-Cr-Mo合金的EDS圖如下圖所示。LWC合金的地圖顯示，在凝固過程中，Cr和Mo元素沿晶界偏析。Ni、Cr和Mo元素在SLM和SMM合金中的分布也比LWC合金更均勻。

LWC （a），SLM （b），SMM （c）

EBSD對比

下圖顯示了三種不同方法產(chǎn)生的Ni-Cr-Mo合金的EBSD圖像。由于SLM和SMM合金的加熱和冷卻條件不同，與LWC合金相比，BC和IPF圖顯示了SLM和SMM合金的晶粒更細。特別是，SLM合金的IPF圖顯示了超細晶粒，這是由SLM過程中涉及的高溫梯度引起的。此外，SMM合金的相圖揭示了碳化物的沉淀，證實了XRD結(jié)果無誤。