加工硬化发生在什么阶段加工硬化

长三角G60激光联盟导读
本文对AM合金中结构-性能相关性的当前理解进行了全面回顾。本文为第三部分。
5.2. 钢材
在大多数情况下，性能通常达到或超过AB状态下工业应用所需的规定值。例如， LB-PBF 316L实现了的YS和UTS～ 440和～ 660 MPa ，而锻造316L的各自性能分别为170和485 MPa 。类似地， LB-PBF 304L的YS和UTS分别为～ 450和～670 MPa 。大多数调质钢的YS和UTS的显著增加是由于其中的细凝固胞尺寸。重要的是，这些强度增强不会被EF的显著降低所抵消， LB-PBF 316L和304L的报告值在35%到60%之间。Kumar等人[40]报告说，在BJP 316L中，在塑性变形的早期阶段盛行的平面滑移和其他微观结构因素的独特组合导致了小裂纹的停止，这些小裂纹在缺陷的拐角处形核，因此钢的延展性对缺陷不敏感。
与锻造钢相比，沉淀硬化钢17-4PH和18Ni300在AB状态下相对较软，因为大多数AM工艺中普遍存在的快速凝固速度没有足够的时间进行沉淀。LB-PBF生产的18Ni300在非老化条件下显示较低的YS和UTS(～ 950和～ 1150 MPa），尽管其微观结构更精细。观察到残余奥氏体和奥氏体回复会导致相变诱发塑性，从而导致异常加工硬化。在AG（有ST和无ST）后， UTS显著增加（到～ 2020 MPa），同时观察到延性降低，如预期的那样。

文章插图
（a） Arcam A2XX EBM系统示意图。（b）示意图显示了由于连续三层中的SEBM构建样本的层间交叉蛇形扫描策略而形成的熔体轨迹。扫描方向由红色箭头指示。
AM钢拉伸性能的各向异性也常见，归因于上述具有强织构的柱状微观结构。然而，这可以通过适当的热处理来克服。例如， LB-PBF 316L需要大于1050°C的溶解温度才能发生再结晶。
5.3. 镍基高温合金
AM-Ni基高温合金的拉伸性能对合金在制造过程中和制造后经历的热历史高度敏感。因此，使用不同AM系统和热处理溶液生产的合金的报告性能范围广泛。这是由于γ′和γ′的沉淀以及其中一些晶粒中沿晶界的针状沉淀。在适当的ST+AG处理后，获得了更一致的性能。如前所述，铬镍铁合金718需要在1050°C以上的温度下缓慢加热和浸泡，以便能够溶解AM期间形成的亚稳Laves相。这通过从富溶质区域向γ基体的反向扩散降低了铌的微观偏析程度。
由于高冷却速率，采用直接AM技术生产的合金在AB状态下往往具有精细的树枝状微观结构，因此，表现出强烈的织构，导致显著的机械各向异性。然而，尽管定向凝固，但适当的工艺参数组合可以减少各向异性。例如，通过使用点热源填充策略（在线性热源上），在Inconel 718中获得了具有近似各向同性拉伸强度的等轴微观结构。然而， EF中的各向异性仍然存在。

文章插图
EBSD分析描述了EBM Inconel 718内的代表性纹理，使用（a）平行于构建方向的传统光栅扫描策略纹理的伪彩色逆极图，（b）垂直于构建方向的传统光栅扫描策略纹理的伪彩色逆极图，（c）与建筑平行的点热源纹理的伪彩色反极图。（d）点热源纹理横向于构建方向的伪彩色逆极点图，（e）与平行于构建的点热源纹理相关的极点图，以及（f）与横向于构建的点热源纹理相关的极点图。注：插入中的伪彩色参考三角形。
5.4. 铝合金
LB-PBF AlSi10Mg中出现的各向异性微观结构和晶体织构导致了力学行为的各向异性。例如， AlSi12的构向延性仅为横向延性的一半，而其强度差异不显著。由于工艺参数的变化导致晶粒尺寸、晶粒取向、胞晶形态和熔池排列的变化，导致UTS和EF具有较强的各向异性。Paul等人报道，沿构建方向加载显示出更明显的应变硬化，导致沿熔池边界的过早破坏，拉伸应变仅为~ 3.5% ，而垂直于构建方向加载的方向的破坏应变为5-7% 。沿构建方向(Z)加载时，熔池边界发生破坏，表明熔池细观结构界面减弱，胞状结构较粗，以拉伸为主。
结果表明，这种各向异性可以通过后续热处理来减少。然而，这通常伴随着强度的显著损失；例如， LB-PBF AlSi12的YS在退火后降低至95 MPa 。标准T6热处理已被证明可以消除硅网络。在随后的时效过程中，原始细晶粒结构变粗，同时形成沉淀。前者抵消了后者的预期强化，因此产生了与AB状态相同的YS 。

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