增材制造FeCrNi中熵合金的工艺开发、微观组织和力学性能

目的通过优化激光粉末床熔融工艺参数获得高致密度的FeCrNi中熵合金,以避免缺陷影响服役性能,为FeCrNi系中熵合金工艺开发提供参考。方法以FeCrNi粉末为原料,设计工艺参数表进行样品制备,引入体积能量密度作为参考指标,研究工艺参数对致密度的影响规律,并对最佳工艺参数下的样品进行微观组织分析和力学性能测试。结果成功制备出致密度达99.96%的FeCrNi中熵合金,最佳工艺参数如下:激光功率为220 W,扫描速度为950 mm/s,扫描间距为0.09 mm,粉层厚度为30μm,体积能量密度为85.77 J/mm3,该中熵合金由单一面心立方相组成。在垂直于构建方向和平行于构建方向上可以观察到清晰的熔道和熔池,平均晶粒大小分别为16.83μm和18.01μm,在晶界处观察到大量的几何必要位错,残余应力主要集中在熔道和熔池的边缘处,熔池和熔道元素分布均匀。FeCrNi中熵合金屈服强度和抗拉强度分别为597 MPa和705 MPa,断后伸长率为27.6%,断裂模式为韧性断裂。结论在一定范围内,过低或过高的体积能量密度会导致粉末熔化不完全或过度熔化,影响稳定熔池的形成,导致致密度较低。控制体积能量密度适中是工艺优化的方向。激光粉末床熔融高冷却速度导致非平衡凝固,使材料成形后晶粒细化,并形成胞状结构和柱状结构,且熔池熔道边缘处残余应力大。异质微观组织和残余应力的共同作用使FeCrNi中熵合金拥有良好的力学性能。

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本文档关键词:合金,微观,开发,力学性能,组织