本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備高強(qiáng)韌性24crnimo貝氏體合金鋼的方法。

背景技術(shù)：

cr-ni-mo系低合金高強(qiáng)度鋼具有良好的強(qiáng)韌性和較高的耐熱性，是目前常用的高速列車制動(dòng)盤用鋼。24crnimo合金鋼制造高鐵制動(dòng)盤，傳統(tǒng)制造方法主要用鑄造、鍛造加后續(xù)熱處理、精加工等制造方式，存在著生產(chǎn)周期長(zhǎng)、制造成本高、熱處理工序復(fù)雜等問(wèn)題，同時(shí)核心技術(shù)被國(guó)外壟斷并形成了相關(guān)技術(shù)保護(hù)。

激光選區(qū)熔化技術(shù)是一種集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)精密機(jī)械、數(shù)控激光技術(shù)和材料科學(xué)為一體的全新制造技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。增材選區(qū)熔化技術(shù)在制造金屬零部件方面具有高度柔性和快速性，主要體現(xiàn)在(1)十分有利于結(jié)構(gòu)復(fù)雜構(gòu)件的制造；(2)能夠大大縮短生產(chǎn)制造周期；(3)顯著提高原材料利用率；(4)制造過(guò)程具有快速加熱/冷卻特性，構(gòu)件形成獨(dú)特組織和性能。因此，如何利用選擇性激光熔化技術(shù)發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高鐵制動(dòng)盤制造新技術(shù)具有重大的科學(xué)研究與實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

近年來(lái)，激光選區(qū)熔化技術(shù)在鐵基合金上的研究和應(yīng)用包括316l，304型不銹鋼，快速成形后組織全部或絕大部分為奧氏體，室溫抗拉強(qiáng)度為500mpa級(jí)別，延伸率達(dá)到30％，強(qiáng)塑積15gpa·％；而應(yīng)用在18ni-300馬氏體沉淀硬化鋼、h13高速鋼方面，快速成形后組織大部分由馬氏體組成，雖然抗拉強(qiáng)度能達(dá)到1200mpa，但是延伸率只有6％左右，強(qiáng)塑積僅僅為7.2gpa·％，另外由于馬氏體相變帶來(lái)大的組織應(yīng)力，激光選區(qū)熔化過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋等缺陷。同時(shí)，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中使用量最大的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的激光增材制造研究和應(yīng)用較少，這主要與激光選區(qū)熔化制造低碳低合金高強(qiáng)度鋼過(guò)程中物相和相變更加復(fù)雜有關(guān)。特別是關(guān)于24crnimo合金鋼的激光選區(qū)熔化工藝與組織和性能上的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

貝氏體相變是將鋼高溫奧氏體化后快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間(260-400℃)后等溫，組織將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。貝氏體組織具有較高的強(qiáng)韌性配合，在硬度相同的情況下貝氏體組織的耐磨性明顯優(yōu)于馬氏體，可以達(dá)到馬氏體的1-3倍。因此，為了使激光選區(qū)熔化制造的24crnimo合金鋼得到良好的組織強(qiáng)韌性匹配，以滿足高鐵制動(dòng)盤的性能要求，有必要研究出一種制備24crnimo合金鋼貝氏體組織的激光選區(qū)熔化方法與工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光選區(qū)熔化技術(shù)制備24crnimo貝氏體合金鋼的方法。本發(fā)明提高激光選區(qū)熔化后合金鋼組織的強(qiáng)韌性匹配，在快速成形構(gòu)件擁有高強(qiáng)度的同時(shí)，又具有比馬氏體組織更好的韌性，減少選區(qū)熔化過(guò)程中易出現(xiàn)的裂紋問(wèn)題，同時(shí)又不需要經(jīng)過(guò)后續(xù)熱處理就能夠達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)品力學(xué)性能使用要求。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備24crnimo貝氏體合金鋼的方法，該方法包括利用激光器按照預(yù)先設(shè)定的激光選區(qū)熔化掃描路徑對(duì)鋪展在基板上的24crnimo合金鋼粉末進(jìn)行掃描至粉末熔化的步驟，其中所述進(jìn)行掃描時(shí)的工藝參數(shù)為：激光器輸出功率p為1800-2200w，矩形光斑尺寸d為4×4mm，激光束掃描速度v為6-10mm/s，搭接率η為30-50％。

在上述技術(shù)方案中，所述的24crnimo合金鋼粉末按照質(zhì)量百分含量由如下合金元素組成：c：0.20-0.30％、cr：0.9-1.2％、ni：0.9-1.2％、mo：0.3-0.6％、mn:0.8-1.2％、si：0.5-0.6％、o:0.01-0.03％、余量為fe。

在上述技術(shù)方案中，所述的24crnimo合金鋼粉末的粒徑為15-53μm。

在上述技術(shù)方案中，所述基板為q235鋼，所述基板的厚度為10mm。

在上述技術(shù)方案中，所述鋪展在基板上的所述24crnimo合金鋼粉末的厚度為0.6-0.8mm。

本發(fā)明所述的利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備24crnimo貝氏體合金鋼的方法，優(yōu)選的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)將所述的24crnimo合金鋼粉末在80-100℃下烘干5-8h；

(2)構(gòu)建待成形零件的三維模型，利用激光器自帶的編程軟件，將待成形零件的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分層離散處理，每層厚度均勻，厚度為0.6-0.8mm，將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槎S數(shù)據(jù)，編寫激光選區(qū)熔化時(shí)的激光掃描路徑；

(3)在激光選區(qū)熔化設(shè)備中，將基板固定在鋪粉裝置成形缸中可升降的工作臺(tái)上，將步驟(1)的24crnimo合金鋼粉末均勻鋪展在所述基板上，鋪粉厚度0.6-0.8mm；

(4)運(yùn)行激光選區(qū)熔化設(shè)備，打開(kāi)保護(hù)氣體，往鋪粉裝置成形缸中通入保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)；激光器按照步驟(2)中編寫的激光掃描路徑對(duì)基板上鋪展好的24crnimo合金鋼粉末進(jìn)行掃描，粉末層完全熔化并凝固，形成完全冶金結(jié)合的合金鋼沉積層，完成一層打印，其中所述進(jìn)行掃描時(shí)的掃描工藝參數(shù)為：激光器輸出功率p為1800-2200w，矩形光斑尺寸d為4×4mm，激光束掃描速度v為6-10mm/s，搭接率η為30-50％；

(5)完成一層打印后，將成形缸下降一層粉末厚度的高度，在前一層合金鋼沉積層上再均勻鋪上所述24crnimo合金鋼粉末，粉末厚度為0.6-0.8mm；

(6)重復(fù)步驟(4)～(5)，直至待成形零件按照步驟(2)中預(yù)先構(gòu)建的掃描路徑加工完成，然后關(guān)閉選區(qū)熔化系統(tǒng)，待零件冷卻至室溫時(shí)取出；整個(gè)制備過(guò)程是在保護(hù)氣氣氛中進(jìn)行的。

在上述技術(shù)方案中，在步驟(3)中，所述基板使用前，將表面用角磨機(jī)打磨至表面粗糙度不大于ra8.0，并用無(wú)水乙醇清洗。

在上述技術(shù)方案中，在步驟(4)中，進(jìn)行掃描時(shí)所用激光選區(qū)熔化體能量密度ω為137.5j/mm³～178.6j/mm³。體積能量密度ω在這一區(qū)間，可快速成形出組織細(xì)小，無(wú)裂紋，氣孔等明顯缺陷的樣品。

在上述技術(shù)方案中，在步驟(4)中，所述的保護(hù)氣體為氬氣、氮?dú)庵械囊环N，保護(hù)氣體的純度為99.9％。

在上述技術(shù)方案中，在步驟(4)中，所述的體積能量密度ω計(jì)算公式如(式i)：

式ⅰ中：p為激光功率，v為掃描速度，h為鋪粉厚度，d為光斑直徑，η為搭接率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，能夠獲得致密度近乎100％的成形試樣。激光選區(qū)熔化過(guò)程中加熱-冷卻速度快，激光熔池凝固過(guò)程中過(guò)冷度很大，晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，從而得到非常細(xì)小均勻的晶粒。特別是比傳統(tǒng)鑄造、鍛造組織晶粒度要小，細(xì)化晶粒是組織強(qiáng)化中既能提高強(qiáng)度又能提高韌性的唯一強(qiáng)化方式，因此激光選區(qū)熔化技術(shù)帶來(lái)明顯的細(xì)晶強(qiáng)化效果，機(jī)械性能更加優(yōu)良。

(2)本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，利用c、cr、ni、mo等合金元素的作用，在激光選區(qū)熔化大的冷卻速度下獲得組織均勻的貝氏體合金鋼。鋼在發(fā)生貝氏體相變過(guò)程中組織應(yīng)力明顯比發(fā)生馬氏體相變要小，減少合金鋼選區(qū)熔化過(guò)程中由于相變應(yīng)力引起的裂紋等缺陷。同時(shí)，貝氏體組織在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)也有良好的韌性，強(qiáng)韌性匹配關(guān)系比馬氏體組織更佳。本發(fā)明的方法獲得的24crnimo合金鋼貝氏體組織平均顯微硬度達(dá)到330-346hv，抗拉強(qiáng)度為962-978mpa，延伸率為16.4-17.6％，強(qiáng)塑積達(dá)到16.1-16.9gpa·％，組織具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性匹配。

(3)選擇性激光熔化技術(shù)能夠一體快速成形出從金屬粉末到具有優(yōu)良性能的24crnimo貝氏體合金鋼樣品，省去了傳統(tǒng)制造金屬零部件后續(xù)“淬火-回火”等熱處理環(huán)節(jié)，大大縮短了制造周期，降低了生產(chǎn)成本。

(4)本發(fā)明方法和工藝主要用于24crnimo合金鋼高鐵制動(dòng)盤的激光選區(qū)熔化制造。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼金相照片和xrd圖譜。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼sem照片。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼顯微硬度。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼室溫拉伸斷口形貌。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例2激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼金相照片和xrd圖譜。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例2激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼sem照片。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例2激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼顯微硬度。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例2激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼室溫拉伸斷口形貌。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例3激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼金相照片和xrd圖譜。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例3激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼sem照片。

圖11是本發(fā)明實(shí)施例3激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼顯微硬度。

圖12是本發(fā)明實(shí)施例3激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼室溫拉伸斷口形貌。

具體實(shí)施例方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施方式。

本發(fā)明用于激光選區(qū)熔化技術(shù)的高強(qiáng)韌性24crnimo合金鋼粉末，該鋼粉末中的c、cr、ni、mo、mn、si作為合金鋼的強(qiáng)化元素對(duì)貝氏體相變和組織的影響不同。c、cr、mn、ni這四種元素能夠降低γ→α的轉(zhuǎn)變溫度，減小奧氏體和鐵素體的自由能差，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變，從而使鋼中殘余奧氏體含量提升，殘余奧氏體的存在可提升鋼的可淬性和淬透性。si元素對(duì)碳化物的形成有較強(qiáng)烈地阻滯作用，這與它強(qiáng)烈的阻止過(guò)飽和鐵素體的脫溶有關(guān)。mo元素是強(qiáng)碳化物形成元素，可提高鋼的強(qiáng)度并阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，提高鋼鋼的淬透性和高溫強(qiáng)度。同時(shí)可以明顯縮短貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期，在較寬冷卻速度范圍內(nèi)得到貝氏體組織。

以下實(shí)施例制備的24crnimore貝氏體合金鋼的性能檢測(cè)手段為：

采用olympus-gx71型倒置式光學(xué)顯微鏡(om)觀察合金鋼金相；

采用shimadzu-ssx-550掃描電子顯微鏡(sem)觀察合金鋼微觀組織和拉伸斷口形貌分析；

采用日本smartlab-9000型x射線衍射儀(xrd)進(jìn)行物相分析；

采用instron-5969電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)打印試樣進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。

實(shí)施例1

利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備24crnimo貝氏體合金鋼高鐵制動(dòng)盤，其中使用的激光選區(qū)熔化設(shè)備，包括半導(dǎo)體激光器、用于成形控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、鋪粉裝置成形缸和氣氛保護(hù)裝置，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：原材料粉末準(zhǔn)備：

(1)24crnimo合金鋼粉末材料，該粉末包含以下質(zhì)量百分比(wt％)含量的元素：c：0.27％、cr：0.97％、ni：0.98％、mo：0.50、mn：0.91％、si：0.52％、o：0.02％、余量為fe；以上元素質(zhì)量百分比總和為100％；

(2)對(duì)上述合金鋼粉末進(jìn)行篩分處理，粒徑分布范圍優(yōu)選為15-53μm；使用前在真空干燥箱中80℃保溫5h，進(jìn)行烘干處理；

步驟2：掃描路徑和激光工藝參數(shù)制定

(1)構(gòu)建待成形零件的三維模型，利用激光器自帶的編程軟件，將待成形零件的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分層離散處理，每層厚度均勻，厚度設(shè)置為0.6mm，將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槎S數(shù)據(jù)，編寫激光選區(qū)熔化時(shí)的激光掃描路徑；

(2)激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)：激光器輸出功率p為1800，矩形光斑尺寸d為4×4mm，激光束掃描速度v為6mm/s，搭接率η為30％；

步驟3：逐層打印

(1)將尺寸為100mm(長(zhǎng))×100mm(寬)×10mm(厚)的q235鋼的表面用角磨機(jī)打磨至表面粗糙度不大于ra8.0，并用無(wú)水乙醇清洗干凈作為激光選區(qū)熔化基板，將基板裝入鋪粉裝置成形缸中并固定在可升降的工作臺(tái)上；

(2)利用鋪粉刮刀，將步驟1中的24crnimo合金鋼粉末均勻鋪展在q235基板上，每層鋪粉厚度h控制在0.6mm；

(3)運(yùn)行激光選區(qū)熔化設(shè)備，同時(shí)打開(kāi)保護(hù)氣體，往鋪粉裝置成形缸中通入高純度氬氣(純度為99.9％)進(jìn)行保護(hù)；利用激光器的激光束，按照步驟2中編寫的激光掃描路徑以及激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)對(duì)基板上鋪展好的24crnimo合金鋼粉末進(jìn)行掃描，粉末層完全熔化并凝固，形成完全冶金結(jié)合的合金鋼沉積層，完成一層打印，所用激光選區(qū)熔化體能量密度ω為178.6j/mm³；

(4)完成一層打印后，將基板下降一層粉末厚度的高度，在前一層合金鋼沉積層上再均勻鋪上24crnimo合金鋼粉末，厚度為0.6mm；

(5)重復(fù)步驟3中的(3)～(4)，直至待成形零件按照步驟2中預(yù)先構(gòu)建的掃描路徑加工完成，然后關(guān)閉選區(qū)熔化系統(tǒng)，待零件冷卻至室溫時(shí)取出；整個(gè)制備過(guò)程是在保護(hù)氣氣氛中進(jìn)行的。

對(duì)本實(shí)施例制備的激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼試樣進(jìn)行如下測(cè)試分析：

(1)金相組織和xrd物相分析

將快速成形后的24crnimo合金鋼試樣沿沉積高度方向磨光、拋光和腐蝕，圖1(a)是合金鋼的金相形貌，可以看出成形試樣組織非常均勻細(xì)小。組織主要由多邊形的先共析鐵素體(白色)和貝氏體(灰黑色)組成，先共析鐵素體在原奧氏體晶界形核長(zhǎng)大，貝氏體在奧氏體晶內(nèi)析出，被細(xì)小的多邊形鐵素體包圍，粒狀貝氏體晶粒大小集中在10μm，細(xì)晶強(qiáng)化是唯一既能提高強(qiáng)度又能提高材料韌性的方法，激光選區(qū)熔化制備的合金鋼細(xì)晶強(qiáng)化效果明顯。

圖1(b)是合金鋼試樣的x射線衍射分析圖譜(xrd)，可以看出激光選區(qū)熔化技術(shù)制備的24crnimo合金鋼中主要物相是α-fe(m)，m代表合金鋼中的固溶元素c、cr、ni、mo等。先共析鐵素體f是固溶碳含量在0.0218％以下的α-fe，貝氏體則由貝氏體鐵素體bf和碳化物或者殘余奧氏體組成，貝氏體鐵素體bf中則固溶了較多的碳和合金元素。另外由于碳化物或者殘余奧氏體的含量較少，xrd圖譜上不能明顯看出，因此合金鋼的主要物相是固溶了合金元素的飽和α-fe(m)。

(2)sem微觀組織分析

圖1中金相照片由于分辨率問(wèn)題并不能區(qū)分出貝氏體組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)，圖2是上述合金鋼的掃描電子顯微鏡(sem)照片，可以看出組織由多邊形先共析鐵素體和粒狀貝氏體組成，該組織也被稱為仿晶界先共析鐵素體/貝氏體復(fù)相組織(fgba/gb復(fù)相組織)。先共析鐵素體由于較軟，在組織中是韌性相，粒狀貝氏體則是強(qiáng)化相，因此該組織在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)還能保證良好的韌性。

(3)顯微硬度分析

利用顯微硬度儀，在沉積高度方向橫向取點(diǎn)，測(cè)量激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼的顯微硬度。由圖3可以看出快速成形的合金鋼平均顯微硬度331hv左右，主要是因?yàn)槲锵嗍枪倘芰溯^多合金元素的α-fe(m)，硬度較大。

(4)室溫力學(xué)性能測(cè)試

將實(shí)施例中的合金鋼進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，表1是力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，可以看出該工藝條件下的選擇性激光熔化24crnimo合金鋼試樣的抗拉強(qiáng)度達(dá)到962mpa，延伸率為17％，強(qiáng)塑積達(dá)到16.4gpa·％，快速成形組織具有良好強(qiáng)韌性匹配。

表1.24crnimo合金鋼選擇性激光熔化快速成形試樣室溫拉伸力學(xué)性能

圖4是室溫拉伸斷口微觀形貌，可以看到拉伸斷口內(nèi)有大量較深的孔洞和韌窩，同時(shí)伴隨著一些較小的撕裂棱，因此斷裂方式為韌性斷裂，激光快速成形的合金鋼樣品具有良好的韌性。

實(shí)施例2

利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備24crnimo貝氏體合金鋼金屬樣品，制備方法同實(shí)施例1，其中不同的是改變了步驟1的(2)中粉末前處理烘干溫度和時(shí)間，步驟2的(1)中三維模型分層離散處理時(shí)的層厚度，(2)中激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)，步驟3的(2)中24crnimo粉末層厚度和步驟3的(3)中體積能量密度，具體是：

粉末前處理烘干溫度和時(shí)間：使用前在真空干燥箱中100℃保溫8h，進(jìn)行烘干處理；

三維模型分層離散處理時(shí)的層厚度：構(gòu)建待成形零件的三維模型，利用激光器自帶的編程軟件，將待成形零件的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分層離散處理，每層厚度均勻，厚度設(shè)置為0.8mm，

激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)：激光器輸出功率p為2200w，矩形光斑尺寸d為4×4mm，激光束掃描速度v為10mm/s，搭接率η為50％。

24crnimo粉末層厚度：利用鋪粉刮刀，將每層鋪粉厚度h控制在0.8mm。

激光選區(qū)熔化體積能量密度ω為137.5j/mm³。

對(duì)本實(shí)施例制備的激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼試樣進(jìn)行如下測(cè)試分析：

(1)金相組織和xrd物相分析

圖5(a)是選區(qū)熔化制備的24crnimo合金鋼的金相形貌，可以看出組織主要由多邊形的先共析鐵素體(白色)和貝氏體(灰黑色)組成，先共析鐵素體在原奧氏體晶界形核長(zhǎng)大，貝氏體在奧氏體晶內(nèi)析出，被細(xì)小的多邊形鐵素體包圍。粒狀貝氏體晶粒大小集中在8μm，細(xì)晶強(qiáng)化是唯一既能提高強(qiáng)度又能提高材料韌性的方法，激光選區(qū)熔化制備的合金鋼細(xì)晶強(qiáng)化效果明顯。

圖5(b)是合金鋼試樣的x射線衍射分析圖譜(xrd)，可以看出激光選區(qū)熔化技術(shù)制備的24crnimo合金鋼中主要物相是固溶了較多合金元素的α-fe(m)，m代表固溶元素c、cr、ni、mo等。

(2)sem微觀組織分析

圖6是上述合金鋼的掃描電子顯微鏡(sem)照片，可以看出組織依然是仿晶界先共析鐵素體/貝氏體復(fù)相組織(fgba/gb復(fù)相組織)。先共析鐵素體由于較軟，在組織中是韌性相，粒狀貝氏體則是強(qiáng)化相，因此該組織在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)還能保證良好的韌性。

(3)顯微硬度分析

利用顯微硬度儀，在沉積高度方向橫向取點(diǎn)，測(cè)量激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼的顯微硬度。由圖7可以看出快速成形的合金鋼平均顯微硬度346hv左右，主要是因?yàn)槲锵嗍枪倘芰溯^多合金元素的α-fe(m)，硬度較大。

(4)室溫力學(xué)性能測(cè)試

將實(shí)施例中的合金鋼進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，表2是力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，可以看出該工藝條件下的選擇性激光熔化24crnimo合金鋼試樣的抗拉強(qiáng)度達(dá)到978mpa，延伸率為16.4％，強(qiáng)塑積達(dá)到16.1gpa·％，快速成形組織具有良好強(qiáng)韌性匹配。

表2.24crnimo合金鋼選擇性激光熔化快速成形試樣室溫拉伸力學(xué)性能

圖8是室溫拉伸斷口微觀形貌，可以看到拉伸斷口內(nèi)有大量較深的孔洞和韌窩，同時(shí)伴隨著一些較小的撕裂棱，因此斷裂方式為韌性斷裂，激光快速成形的合金鋼樣品具有良好的韌性。

實(shí)施例3

利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備24crnimo貝氏體合金鋼金屬樣品，制備方法同實(shí)施例1，其中不同的是改變了步驟1的(2)中粉末前處理烘干溫度和時(shí)間，步驟2的(1)中三維模型分層離散處理時(shí)的層厚度，(2)中激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)，步驟3的(2)中24crnimo粉末層厚度和步驟3的(3)中體積能量密度，具體是：

粉末前處理烘干溫度和時(shí)間：使用前在真空干燥箱中90℃保溫7h，進(jìn)行烘干處理；

三維模型分層離散處理時(shí)的層厚度：構(gòu)建待成形零件的三維模型，利用激光器自帶的編程軟件，將待成形零件的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分層離散處理，每層厚度均勻，厚度設(shè)置為0.7mm，

激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)：激光器輸出功率p為2000w，矩形光斑尺寸d為4×4mm，激光束掃描速度v為8mm/s，搭接率η為40％。

24crnimo粉末層厚度：利用鋪粉刮刀，將每層鋪粉厚度h控制在0.7mm。

激光選區(qū)熔化體積能量密度ω為148.8j/mm³。

對(duì)本實(shí)施例制備的激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼試樣進(jìn)行如下測(cè)試分析：

(1)金相組織和xrd物相分析

圖9(a)是選區(qū)熔化制備的24crnimo合金鋼的金相形貌，可以看出組織主要由多邊形的先共析鐵素體(白色)和貝氏體(灰黑色)組成，先共析鐵素體在原奧氏體晶界形核長(zhǎng)大，貝氏體在奧氏體晶內(nèi)析出，被細(xì)小的多邊形鐵素體包圍。粒狀貝氏體晶粒大小集中在8μm，細(xì)晶強(qiáng)化是唯一既能提高強(qiáng)度又能提高材料韌性的方法，激光選區(qū)熔化制備的合金鋼細(xì)晶強(qiáng)化效果明顯。

圖9(b)是合金鋼試樣的x射線衍射分析圖譜(xrd)，可以看出激光選區(qū)熔化技術(shù)制備的24crnimo合金鋼中主要物相是固溶了較多合金元素的α-fe(m)，m代表固溶元素c、cr、ni、mo等。

(2)sem微觀組織分析

圖10是上述合金鋼的掃描電子顯微鏡(sem)照片，可以看出組織依然是仿晶界先共析鐵素體/貝氏體復(fù)相組織(fgba/gb復(fù)相組織)。先共析鐵素體由于較軟，在組織中是韌性相，粒狀貝氏體則是強(qiáng)化相，因此該組織在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)還能保證良好的韌性。

(3)顯微硬度分析

利用顯微硬度儀，在沉積高度方向橫向取點(diǎn)，測(cè)量激光選區(qū)熔化24crnimo合金鋼的顯微硬度。由圖11可以看出快速成形的合金鋼平均顯微硬度334hv左右，主要是因?yàn)槲锵嗍枪倘芰溯^多合金元素的α-fe(m)，硬度較大。

(4)室溫力學(xué)性能測(cè)試

將實(shí)施例中的合金鋼進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，表3是力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，可以看出該工藝條件下的選擇性激光熔化24crnimo合金鋼試樣的抗拉強(qiáng)度達(dá)到962mpa，延伸率為17％，強(qiáng)塑積達(dá)到16.4gpa·％，快速成形組織具有良好強(qiáng)韌性匹配。

表3.24crnimo合金鋼選擇性激光熔化快速成形試樣室溫拉伸力學(xué)性能

圖12是室溫拉伸斷口微觀形貌，可以看到拉伸斷口內(nèi)有大量較深的孔洞和韌窩，同時(shí)伴隨著一些較小的撕裂棱，因此斷裂方式為韌性斷裂，激光快速成形的合金鋼樣品具有良好的韌性。