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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:余晨帆,王亚飞,赵聪聪,刘伟.激光选区熔化316L不锈钢凝固特征与微观组织结构[J].材料科学与工艺,2023,31(4):24-33.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230199.
YU Chenfan,WANG Yafei,ZHAO Congcong,LIU Wei.The solidification characteristics and microstructure of 316L stainless steel manufactured via selective laser melting[J].Materials Science and Technology,2023,31(4):24-33.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230199.
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激光选区熔化316L不锈钢凝固特征与微观组织结构
余晨帆1, 王亚飞2, 赵聪聪3, 刘伟4
(1.北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;2.华为技术有限公司,广东 深圳 518129;3.季华实验室,广东 佛山 528200;4.清华大学 材料学院,北京 100084)
摘要:
对不同工艺参数下激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形316L不锈钢微观组织结构进行表征,研究不同工艺参数下SLM成形316L不锈钢微观组织结构演化规律、单熔化道凝固特性。结果表明,SLM成形316L不锈钢具有跨尺度、非均质凝固组织特征,包括微米尺度柱状晶粒、小角晶界、熔池界面和纳米尺度亚结构。单熔化道的稳定成形是三维块体成形的基础,熔化道稳定性由激光工艺参数与金属粉体物理特性共同决定。不同的激光工艺参数显著影响SLM成形316L不锈钢微观组织结构,通过改变激光参数可实现微观组织结构的调控,在不同的激光逐层旋转角度下,SLM成形316L不锈钢晶粒尺寸随着扫描间距的增大而增大。强制定向热流使得外延生长机制主导凝固晶粒的生长,在不同的激光工艺参数下,沿增材方向的柱状晶粒形貌普遍存在。
关键词:  奥氏体钢  激光选区熔化  316L  凝固特征  微观组织
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230199
分类号:TG142.25
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金资助项目(52001135).
The solidification characteristics and microstructure of 316L stainless steel manufactured via selective laser melting
YU Chenfan1,WANG Yafei2,ZHAO Congcong3,LIU Wei4
(1. Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China; 2. Huawei Technologies Co., Ltd., Shenzhen 518129, China; 3. Jihua Laboratory, Foshan 528200, China,4. School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract:
Selective laser melting (SLM), also known as laser-powder bed fusion, offers tremendous advantages over conventional fabrication methods in complex metallic component design and manufacturing. Establishing the relationship between the solidification microstructure and the SLM process is critical for the widespread application of metallic structure fabrication via the SLM method. The microstructure evolution and solidification characteristics of single melt track and block 316L stainless steel manufactured by SLM were investigated. The results show that SLMed 316L stainless steel has hierarchical and heterogeneous solidification structures, including micro-scale columnar grains, low-angle grain boundaries, melt pool boundaries, and nano-scale cellular structures. The stable forming of melt tracks is the basis of three-dimensional SLMed 316L stainless steel block forming. The stability of melt tracks is determined by the process parameters and the physical characteristics of metal powders. The laser process parameters significantly affect the resultant microstructure of SLMed 316L stainless steel. The grain size of SLMed 316L stainless steel increases with the increase of scanning spacing. The columnar grains in the longitudinal section dominate the microstructure and the long axis direction of the columnar grain is generally parallel to the building orientation.Laser parameters (hatch distance, scanning speed, and rotation angle) remarkably influenced the resultant solidification microstructures, the width of solidified grain increased gradually as hatching distance increased due to different thermal history.
Key words:  Austenitic steel  selective laser melting  316L stainless steel  solidification characteristic  microstructure

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