隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施，運輸，能源，海洋工程等各個領(lǐng)域，金屬腐蝕造成的損失逐漸增加。隨著粉末冶金的飛速發(fā)展，激光增材制造（LAM）技術(shù)展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，包括制造周期短，成本低等。粉末冶金的激光增材制造（LAM）技術(shù)不僅可以修復(fù)損壞的零件，還可以增強材料表層性能。因此粉末冶金的LAM技術(shù)為金屬結(jié)構(gòu)的修復(fù)和延長其使用壽命提供了新的手段。在鋼材中，雙相不銹鋼具有較好的抗腐蝕性和韌性。雙相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點。關(guān)于雙相不銹鋼的LAM研究較少，還有待開發(fā)。
來自西安交通大學(xué)的研究人員通過使用自制的雙相不銹鋼粉末，在廣泛使用的SAF2205雙相不銹鋼基板上進行了基于LAM技術(shù)的激光熔覆實驗。在此基礎(chǔ)上，深入研究了熔覆層的組織和性能，以及熔覆層與基體（BM）之間的界面。相關(guān)論文以題為“Laser additively manufactured intensive dual-phase steels and their microstructures, properties and corrosion resistance”發(fā)表在Materials and Design。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108710
本研究使用熱軋2205雙相不銹鋼作為基材。采用電極感應(yīng)熔融氣體霧化法（EIGA）制備的雙相不銹鋼粉末作為激光熔覆沉積材料，粉末粒徑范圍為53-180μm。自制雙相鋼粉中Ni含量比基材高2.5%。
研究發(fā)現(xiàn)，在單焊道激光熔覆試驗后，焊接接頭晶粒尺寸略有增加，且大部分奧氏體從棕灰色鐵素體相的邊界析出。大量分散的奧氏體也從鐵素體晶粒的內(nèi)部析出，呈現(xiàn)出不同的形狀，例如條形、點狀和塊狀奧氏體。未發(fā)現(xiàn)細(xì)孔缺陷和裂紋。熔覆層顯微硬度達330HV，比BM提高約15%，這是由于激光熔覆過程中的快速冷卻速度，鐵素體的含量明顯高于奧氏體，并且熔覆層的顯微組織中的位錯密度較高。
圖1 進行單焊道激光熔覆后截面的顯微組織
圖2 單焊道LAM的顯微硬度分布
在雙相不銹鋼板上進行多層多焊道激光熔覆，發(fā)現(xiàn)熔覆層區(qū)的條紋狀和羽毛狀的白色奧氏體緊密地分布在黑色鐵素體的內(nèi)部和邊界。熔覆層/BM界面周圍的晶粒尺寸比熔覆層上端的晶粒粗大，這是因為快速激光熔覆后的冷卻速度以及熔覆的上端被后續(xù)熔覆進行預(yù)熱。整個覆層的顯微硬度分布在305-360HV范圍內(nèi)，平均顯微硬度約為328 HV。
沿激光掃描方向的包層的抗拉強度和伸長率的分別為956 MPa和約40％；BM的抗拉強度和伸長率分別約為760 MPa和43％。沿垂直于激光掃描方向抗拉強度和伸長率分別為899 MPa和37％；BM的抗拉強度和伸長率分別約為775 MPa和39％。激光熔覆過程中的快速冷卻速度導(dǎo)致鐵素體的含量明顯高于奧氏體，并且熔覆層的微觀結(jié)構(gòu)中的位錯密度較高，這使得熔覆層的拉伸強度顯著高于基體的拉伸強度，但伸長率卻略有下降，均為韌性斷裂。耐腐蝕性能也有所下降。
圖3 多層多焊道激光熔覆的橫截面的顯微組織
圖4 多層多焊道激光熔覆層的顯微硬度分布
圖5 拉伸斷裂的SEM圖像，拉伸方向（a）沿掃描方向，（b）沿橫向方向，（c）沿垂直方向
綜上所述，通過正交試驗得出最佳工藝參數(shù)為激光功率1300W，掃描速度480mm/min，送粉速度12g/min。與2205基板相比，使用自制的雙相不銹鋼粉末制備的覆層的顯微硬度得到了改善，覆層的平均顯微硬度與2205基板相比提高了約15％。熔覆層中奧氏體和鐵素體相的比例分別約為47％和37％。本文得出了最佳工藝參數(shù)，可為后續(xù)雙相鋼激光熔覆提供參考。（文：破風(fēng)）
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