尺寸设计对选区激光熔化304L不锈钢显微组织与性能的影响

摘要

采用选区激光熔化(SLM)技术制备304L不锈钢样品,通过改变扫描道次(T)和打印层数(L)实现不同的温度梯度与凝固速率,研究尺寸效应对微观组织与力学性能的影响。具有不同T×L组合的SLM 304L不锈钢样品沿打印构建方向形成柱状晶组织,并且尺寸效应影响柱状晶结构。随尺寸增大,凝固组织沿散热方向择优生长的程度高,柱状晶的连续性更好,由低长径比的“米粒形”向近等轴的“短窄形”、进而向高长径比的“长条形”过渡,晶粒粗化现象明显。在较大尺寸样品中,随着不断远离基板也观察到了类似现象。尺寸效应对力学性能的影响主要体现在随着打印尺寸增加,材料的屈服强度下降而塑性延伸率上升,但当尺寸增加至一定程度后力学性能变化趋于稳定。尺寸效应对SLM 304L不锈钢的析出相组成和含量无明显影响。结果表明,影响力学性能的主要影响因素为柱状晶的尺寸和分布,在较大尺寸的样品中,“长条形”柱状晶占比高,导致材料强度降低而塑性增加。结合ANSYS ADDITIVE对凝固速率和温度梯度的模拟仿真结果,对尺寸效应通过影响凝固过程进而对材料微观组织和力学性能产生影响的机理进行了阐述。