174phh900撫順特鋼價(jià)格多少一公斤
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在大多數(shù)鋼鐵材料的發(fā)展過程中，除碳化物外，鋼鐵材料還會(huì)通過析出相的時(shí)效硬化過程得到強(qiáng)化。
AM技術(shù)中更常見的PH鋼是17-4PH鋼，這是因?yàn)檫@種合金的印刷適性好，應(yīng)用范圍廣，應(yīng)用范圍廣是因?yàn)槠鋸?qiáng)度高，耐腐蝕的綜合作用。在傳統(tǒng)的制造工藝中，鑄造后，17-4PH鋼零件要進(jìn)行固溶熱處理。這種典型的熱處理過程是1040°C @ 1h，較厚的樣品需要較長的固溶熱處理時(shí)間。固溶處理并淬火至室溫后，馬氏體組織中會(huì)出現(xiàn)過飽和的Cu。經(jīng)歷這一過程的稱為a態(tài)。為了在熱時(shí)效處理后誘導(dǎo)富銅析出相，析出相為納米級(jí)。17-4PH鋼更常用的時(shí)效處理溫度為482°C @ 1h，在此處理后將獲得更高的機(jī)械強(qiáng)度。這種熱處理過程稱為H900態(tài)。在這種狀態(tài)下， 部件的極限抗拉強(qiáng)度通?？梢赃_(dá)到大約1380MPa。
15-5PH不銹鋼它是一種類似于17-4PH鋼的材料。雖然沒有廣泛使用，但是這種合金也已經(jīng)用AM技術(shù)制造出來了，并且對(duì)其相應(yīng)的性能進(jìn)行了評(píng)估，做了大量的研究。該合金仍然是馬氏體沉淀硬化。不銹鋼改變合金成分使該合金的變形抗力高于17-4PH鋼，這是由于δ-鐵素體顯微組織含量水平的降低。Cu析出相動(dòng)力學(xué)與17-4PH鋼相似，導(dǎo)致這兩種合金在H900熱處理后出現(xiàn)時(shí)效硬化峰值。
廣泛用于調(diào)幅印刷的馬氏體硬化鋼是18Ni300馬氏體時(shí)效硬化鋼。從奧氏體相場淬火后，形成馬氏體顯微組織，400-500℃時(shí)效處理會(huì)導(dǎo)致Ni3(Ti，Mo)相析出，其次是Fe7Mo6相。18Ni300馬氏體時(shí)效鋼在482°C時(shí)效6h后，極限抗拉強(qiáng)度(UTS)可超過2200MPa。這種高強(qiáng)度可以使這種合金廣泛應(yīng)用于軍事和航空航天領(lǐng)域。
本章將總結(jié)文獻(xiàn)中AM技術(shù)對(duì)PH鋼的影響，其中大部分集中在17-4PH鋼。
15–5PH不銹鋼
用AM技術(shù)制造15-5PH鋼可以獲得比傳統(tǒng)制造技術(shù)更好的力學(xué)性能。將SLM制造的15-5PH鋼與傳統(tǒng)制造工藝制造的15-5PH鋼進(jìn)行對(duì)比，可以觀察到馬氏體組織明顯不同，AM制造的材料呈現(xiàn)更短更窄的板條馬氏體。與變形材料相比，AM制造的材料在590°C時(shí)UTS(極限抗拉強(qiáng)度)可提高約34%至830MPa，但韌性下降50%，伸長率為9%時(shí)將失效。在另一項(xiàng)對(duì)SLM制造的15-5PH鋼的研究中，時(shí)效硬化熱處理后，與變形的15-5PH鋼相比，其屈服強(qiáng)度(YS)在平行方向上提高了約10%，在垂直方向上降低了約6%。不考慮制造方向，與傳統(tǒng)制造工藝相比，UTS值略有增加 (平行方向約11%，垂直方向約12%)。所有這些樣品在老化過程中都是解理斷裂。用SLM制造的15-5ph鋼在夏比沖擊試驗(yàn)后的斷裂韌性為10.85±1.20j/cm2。在變形合金樣品的范圍內(nèi)(9.4-18.6J/cm2)。SLM制造的15-5ph鋼的顯微硬度遠(yuǎn)高于變形合金的顯微硬度。在橫向上，AM制作的樣品為500HV0.5，該值比變形樣品的值高56%。
是的，PH系列不銹鋼一般來說，循環(huán)加載是這種合金應(yīng)用的理想場合。因此，構(gòu)件的疲勞性能成為AM制造的這種鋼更重要的性能。SLM制備的15-5ph鋼的疲勞性能比傳統(tǒng)工藝制備的合金降低了20%。這主要是由于SLM制造的元件表面粗糙度差。AM制品表面精度的提高和表面缺陷的去除可以顯著提高疲勞性能，但這對(duì)于傳統(tǒng)的變形合金并不明顯。然而，表面缺陷對(duì)AM制造的15-5ph鋼的疲勞性能有很大的影響，這已為觀察結(jié)果所證實(shí)。而AM技術(shù)生產(chǎn)的15-5ph鋼結(jié)合參數(shù)的優(yōu)化和表面精度的提高，其疲勞性能可以與變形合金相當(dāng)。
AM制造的15-5ph鋼在高溫下的蠕變性能尚未被廣泛研究。與傳統(tǒng)變形合金相比，SLM制造的15-5ph鋼在530°c時(shí)的蠕變性能可提高約17%,其背后的原因尚未完全了解。
圖1圖解:SLM工藝制造的合金(載荷方向平行于X-Y平面)的應(yīng)力應(yīng)變曲線用黑線表示，傳統(tǒng)工藝制造的17-4PH鋼用紅線表示。低應(yīng)變率、準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)結(jié)果。高應(yīng)變率動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)結(jié)果。
17–4PH不銹鋼
與變形零件相比，AM制造的17-4ph鋼的韌性會(huì)降低。在狀態(tài)A和H900中，AM制造的17-4PH鋼的強(qiáng)度高于傳統(tǒng)樣品，但斷裂伸長率降低。這一結(jié)果在低應(yīng)變率(準(zhǔn)靜態(tài))和高應(yīng)變率(動(dòng)態(tài))拉伸試驗(yàn)中是相同的，如圖1所示。對(duì)17-4PH鋼的許多研究表明，與傳統(tǒng)合金相比，強(qiáng)度增加，韌性降低。強(qiáng)度提高的原因是AM零件的顯微組織得到細(xì)化，而韌性下降的原因是AM技術(shù)得到的樣品中存在氣孔。
Lass等人對(duì)SLM制造的17-4PH鋼經(jīng)過不同熱處理后的試樣與A狀態(tài)下的傳統(tǒng)合金(YS824MPa，UTS1121MPa，斷裂伸長率10%)進(jìn)行了大量的對(duì)比研究。另一種固溶退火工藝可以使變形合金獲得大于90%的YS。作為比較，沉積態(tài)和A態(tài)的AM樣品的YS約為變形態(tài)的55%。與傳統(tǒng)工藝相比，這種新的處理工藝獲得的UTS也顯著提高，但其韌性有所下降。后熱處理對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖2所示，圖2顯示了當(dāng)AM由17-4PH鋼制成時(shí)獲得的不同微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)于沉積態(tài)的17-4PH鋼，可以清楚地觀察到熔池邊界和胞狀凝固組織(見圖2a)，但是在均勻化和固溶處理之后(在狀態(tài)A的處理過程之后)， 這種凝固結(jié)構(gòu)消失。獲得的微觀結(jié)構(gòu)(圖2b)相當(dāng)于變形合金的微觀結(jié)構(gòu)(見圖2c)。其他研究也表明，AM制17-4PH鋼在熱處理后顯微組織發(fā)生顯著變化，這些顯著的顯微組織變化也會(huì)提高AM制17-4PH鋼零件的性能。
SLM制造中使用的原始粉末的特性對(duì)于所得產(chǎn)品的機(jī)械性能非常重要。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變17-4PH粉末和/或調(diào)節(jié)激光的能量密度，變形合金的拉伸強(qiáng)度等于或高于變形合金的拉伸強(qiáng)度。Pasebani等人研究了SLM用氣霧化或水霧化粉末制造的17-4PH鋼與傳統(tǒng)工藝制造的零件的對(duì)比，以及不同熱處理工藝對(duì)機(jī)械性能的影響。在制造過程中，以合適的能量密度制造AM，在1051°C @ 45m in固溶處理和482°C @ 1h時(shí)效條件下，用霧化粉末SLM制造的構(gòu)件具有高強(qiáng)度、等效YS和優(yōu)異的UTS，這是與傳統(tǒng)構(gòu)件相比的結(jié)果。在老化處理之前， 當(dāng)固溶處理?xiàng)l件為1315°C @ 1h時(shí)，水霧化粉末制件的YS和UTS顯著提高。這是由于馬氏體板條結(jié)構(gòu)的細(xì)化。與傳統(tǒng)工藝相比，使用水霧化粉末的AM產(chǎn)品性能相對(duì)較差，YS下降約15%，UTS下降約4%。這個(gè)區(qū)別很明顯，因?yàn)樗F化粉的價(jià)格比氣霧化粉低很多。
圖217-4PH不銹鋼金相顯微組織
說明:(a)SLM制造的沉積狀態(tài)；(b)均勻化處理后；(c)變形的合金。這些顯微組織取自平行于SLM制造方向和變形合金軋制方向的17-4ph。不銹鋼金相顯微組織鋼
觀察到顯微組織中的奧氏體顯著影響17-4PH鋼的機(jī)械性能，因?yàn)閵W氏體在機(jī)械測試期間轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。AM制造的具有大量奧氏體的17-4PH鋼將像TRIP鋼一樣顯示出顯著的韌性和加工硬化特性。AM制造17-4PH鋼時(shí)會(huì)有大量的奧氏體組織，或者直接時(shí)效(比如制造時(shí)不做固溶時(shí)效處理)。Lebrun等人的結(jié)果表明，與傳統(tǒng)工藝相比，這些樣品具有相當(dāng)大的韌性。例如，沉積態(tài)AM產(chǎn)品具有36體積%的殘余奧氏體，并且老化伸長率為16.2%。傳統(tǒng)變形合金的時(shí)效伸長率為15%。當(dāng)制造17-4PH鋼的SLM時(shí)，殘余奧氏體在壓縮和拉伸時(shí)將獲得增加的韌性。圖3a顯示了通過SLM制造的17-4PH鋼的微觀結(jié)構(gòu)， 而圖3b顯示了沿著熔池邊界增加的奧氏體結(jié)構(gòu)。
圖17-4PH由3SLM制造不銹鋼EBSD鋼鐵公司
插圖:Imagequalitymap和PhaseMap。熔池邊界的大致位置用黑色虛線標(biāo)出。不同層之間熔池形狀的明顯差異在于每層旋轉(zhuǎn)90°后的掃描結(jié)果。
當(dāng)采用SLM制造工藝和傳統(tǒng)工藝進(jìn)行制造時(shí)，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的比較會(huì)發(fā)現(xiàn)，其抗拉強(qiáng)度幾乎在所有情況下都表現(xiàn)出顯著的變化。然而，SLM制造的樣品很少能與H900狀態(tài)的傳統(tǒng)鍛造合金的YS或UTS相比。這種力學(xué)性能的變化主要是由于SLM制作的樣品中存在一些顯著的殘余奧氏體，同時(shí)顯微組織中存在孔隙。觀察沉淀硬化鋼中奧氏體的存在會(huì)影響其硬度是非常重要的，因?yàn)楣倘茉釉趭W氏體中比在鐵素體或馬氏體中溶解得更多。從而限制了老化過程中形成沉淀相的能力。在17–4ph鋼和18Ni300馬氏體時(shí)效鋼中觀察到微觀結(jié)構(gòu)中缺少奧氏體區(qū)， 其中每一個(gè)都是在熱老化后觀察到的。圖4顯示了18Ni300馬氏體時(shí)效鋼的原子探針分析結(jié)果。圖4ab顯示了馬氏體微觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都經(jīng)歷了174phh900的熱老化。在封閉的等濃度表面上形成金屬間化合物相。相反，圖4c中的原子探針數(shù)據(jù)顯示了AM制造的樣品中奧氏體和馬氏體區(qū)域之間的界面。與馬氏體的損失相比，奧氏體中析出相的總損失非常明顯。
圖418Ni300馬氏體時(shí)效硬化鋼的原子探針斷層掃描
說明:艾德(LMD)做的材料和LMD的一樣；b .用傳統(tǒng)制造工藝制造的材料；(c)此外，通過DED工藝制造的材料的數(shù)據(jù)顯示了奧氏體和馬氏體之間不同的沉淀行為。
AM的制造氣氛也影響制造的17-4PH鋼的機(jī)械性能。采用DED技術(shù)研究了制造氣氛對(duì)17-4PH鋼力學(xué)性能的影響，制造氣氛分別為氬氣和空氣。所有AM合金的UTS都低于傳統(tǒng)合金。熱處理后，空氣中AM制得的樣品強(qiáng)度增加，空氣中制得的樣品UTS為1145MPa。Ar同州增長7%。進(jìn)一步分析微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)是由非晶氧化物的彌散作用和N在空氣中的固溶強(qiáng)化作用引起的。此外，當(dāng)在N2氣氛中印刷時(shí)，獲得的馬氏體將導(dǎo)致17-4PH鋼零件的UTS和韌性與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)，這是由于拉伸試驗(yàn)中塑性變形引起的顯著應(yīng)變硬化。
下圖顯示了用不同添加劑制造的17-4PH鋼樣品的UTS和韌性組合的總結(jié)。此圖還顯示了傳統(tǒng)制造工藝和AM工藝制造的17-4PH鋼的性能對(duì)比。從圖中可以看出，不同的AM工藝參數(shù)、不同的表面處理和不同的熱老化后處理，在不同的研究和不同的樣品之間有很大的差異。同時(shí)，合金的性能也發(fā)生了很大的變化。同時(shí)可以觀察到，在工藝參數(shù)沒有優(yōu)化的情況下和熱處理后，材料的強(qiáng)度和韌性都會(huì)較差。不過這張圖也指出了優(yōu)化參數(shù)后， 性能幾乎可以與傳統(tǒng)制造工藝相當(dāng)甚至更好。Facchini等人報(bào)道，可以獲得UTS和韌性的優(yōu)異組合，這是由拉伸試驗(yàn)中應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的形成引起的。Rafi等人將樣品韌性的增加歸因于相同的效果。
圖517–AM和傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的4ph鋼樣品的極限抗拉強(qiáng)度和伸長率的結(jié)果。
在優(yōu)化的工藝參數(shù)和適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下，AM的pH值為17–4ph。不銹鋼顯微硬度可與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的17–4ph相同。不銹鋼相當(dāng)于(~ ~450HV0.5)。
由SLM制造的17–4ph不銹鋼與傳統(tǒng)工藝相比，磨損性能主要取決于主導(dǎo)磨損機(jī)制。干摩擦?xí)r，傳統(tǒng)工藝制備的樣品顯示出比SLM大得多的磨損率。這是因?yàn)镾LM制造工藝造成的微細(xì)微結(jié)構(gòu)和高顯微硬度。然而，在潤滑條件下，SLM制備的樣品具有較高的磨損率。這主要是由于潤滑劑改變了主要的磨損機(jī)制，從粘著磨損變?yōu)楸砻嫫诤湍p。
圖6AM是17-4PH鋼、熱處理工藝和疲勞性能的示意圖。
對(duì)AM公司生產(chǎn)的17–4ph鋼的一些疲勞研究也研究了熱處理對(duì)這些樣品疲勞性能的影響。經(jīng)過固溶退火和時(shí)效處理后，SLM制造的構(gòu)件在相同熱處理?xiàng)l件下的疲勞性能會(huì)低于傳統(tǒng)構(gòu)件。Yadollahi曾報(bào)道，其SLM制造的17–4ph鋼的疲勞性能比傳統(tǒng)技術(shù)制造的部件低4倍，這主要是由于SLM制造工藝存在缺陷。同時(shí)，研究人員報(bào)道，經(jīng)過固溶熱處理和時(shí)效處理，然后經(jīng)過H900處理，其疲勞性能在低周下可以得到改善， 但在高周期時(shí)變得更糟。這歸因于熱處理引起的對(duì)雜質(zhì)的敏感性增加。這種敏感性對(duì)低周疲勞不敏感。在傳統(tǒng)的鍛造合金中沒有觀察到這種現(xiàn)象。當(dāng)SLM制造15-5PH鋼時(shí)，也可以觀察到這種現(xiàn)象。
制造方向會(huì)影響冷卻速度，導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)和制造層的堆積，對(duì)SLM制造的樣品的力學(xué)性能有很大影響。例如，下圖顯示了通過SEM觀察獲得的制造層的橫截面的微觀結(jié)構(gòu)。在制造的樣品中有某些平行于制造的樣品的孔。通過X射線CT掃描可以觀察到缺陷的分布。
圖7通過Micro-CT分析獲得的平行于制造層的橫截面和沉積態(tài)樣品中的缺陷的SEM照片。平行于制造軸的方向(A和C)和(B和D)沿著垂直方向給出。
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