17-4PH高強鋼增材制造組織與性能研究(2)
l 17-4PH高強鋼SLM成形的微觀組織
圖6為17-4 PH高強鋼SLM成形試樣的微觀組織。可以看出，成形的17-4PH高強鋼體現了各向異性，在橫截面沒有明顯晶界，橫截面晶粒細小均勻分布，見圖6a；從圖6b看出，虛線內縱截面有明顯的熔池且呈層間帶狀。試樣的主要組織結構為馬氏體，馬氏體為bcc結構，馬氏體是SLM成形過程中快速熔化和冷卻造成的，并隨著熱流在熔池中形成柱狀結構，在縱截面可以看出一些柱狀馬氏體是平行于建構方向，有些垂直于構建方向，表現成等軸晶粒。還有一些殘余奧氏體，由于在SLM成形過程中，試樣經過多次熱循環，有一些余熱，溫度可達到奧氏體相穩定范圍，會促進奧氏體組織的積累，奧氏體為fcc結構（見圖6e和圖6f箭頭），殘余奧氏體的存在使試樣的延展性得到提高。
圖6 17-4PH高強鋼SLM成形的微觀組織
OM形貌（a）X-Y截面OM形貌（b）X-Z截面OM形貌 SEM形貌（c）X-Y截面SEM形貌（d）X-Z截面SEM形貌（e）高倍X-Y截面SEM形貌（f）高倍X-Z截面SEM形貌。
圖7為 17-4PH高強鋼析出相EDS。可以看出，析出相多為球形狀。表2為顆粒的主要成分。由表2表明，顆粒為Cr的碳化物，還有少量Cu析出，ε-Cu多為納米級顆粒，一般情況下ε-Cu沉淀物主要在時效過程中形成，在SLM成形過程中激光掃描產生的熱傳遞引起的時效效應。
圖7 17-4PH高強鋼析出相EDSl
l 17-4PH高強鋼SLM成形的拉伸性能
圖8為17-4PH高強鋼的應力-應變曲線，在同一參數下對拉伸試樣進行3次試驗，取平均值，試樣的抗拉強度為1 176.72 MPa，伸長率為15.91 %。
圖8 17-4PH高強鋼的應力-應變曲線
17-4PH高強鋼試樣拉伸斷口由纖維區、放射區和剪切唇區3個區域構成。從宏觀來看，拉伸斷口整個斷面比較平滑，呈現了沿最大切應力方向斷裂特征。利用SEM對拉伸試樣斷口形貌進一步分析，斷口的纖維區分布大量韌窩，形狀大小相似，韌窩尺寸較小，試樣中有第二沉淀相的存在，在拉伸時會有微孔形成（見圖9b白色箭頭），說明該17-4PH不銹鋼具有較高的強度和良好的韌性，其與組織的均勻性以及晶粒細小都有關系，組織中存在的奧氏體降低了材料的強度，但是改善了材料的塑性。
圖9 17-4PH高強鋼拉伸試樣SEM斷口形貌
（a） 宏觀形貌 （b）微觀形貌
l 結論
17-4PH高強鋼SLM成形在185 W功率和110 μm掃描間距下，氣孔分布情況相對來說較少，密度較大，硬度較大。
17-4PH高強鋼SLM成形微觀組織主要由馬氏體和殘余奧氏體組成，可觀察到橫縱截面組織有差別，在縱截面可以看出有明顯的熔池呈層間帶狀。根據EDS分析，17-4PH高強鋼的沉淀相為ε-Cu以及一些碳化物，可以提高材料的硬度。
17-4PH高強鋼拉伸斷口面由纖維區、放射區和剪切唇區3個的區域構成，斷口韌窩形狀大小相似且尺寸較小，表明試樣有較高的強度和良好的韌性。
l 論文信息
王海霖，趙占勇，白培康，等. SLM成形17-4PH高強鋼組織與性能研究[J].特種鑄造及有色合金，2021,41（12）：1559-1563.
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