金属顶刊《Acta》新发觉！删材造制奥氏体纷歧锈钢的强化机造

导读：在激光粉末床熔接(L-PBF)法制作的316L奥氏体不锈钢中，快速凝集形成的胞状布局在关心实现高强度和高延展性起着至关紧张的作用。但它们的内涵特性(比方晶体取向、位错、沉淀、元素偏析)以及各自对质料强度和热稳健性的影响的了解仍旧含糊不清。本文发觉胞壁遵照特定的晶体学偏向，胞壁内高密度的缠结位错具有更高的离解偏向，形成更宽的堆垛层错，而氧化物沉淀被限定在细胞壁内。这些特性在塑性变形时作为移动位错的屏蔽，并有助于高强度。与传统质料相比，L-PBF 316L SS在高温下体现出更高的热稳健性和优秀的性能。

众所周知，由激光粉末床熔接(L-PBF)法制成的金属和合金具有高渣滓应力和非均衡微观布局。是以，为了消除渣滓应力和调解布局-性能干系，必要举行热处置惩罚。以L-PBF 316L不锈钢为例，其制品质料中含有大量快速凝集的亚晶粒布局，如胞状/树枝状布局由位错、元素、沉淀物和低角度晶界构成。这些凝集布局对机器性能和耐腐化性非常紧张。一些研究以为L-PBF 316 SS的强度与位错胞巨细成比例，而其他人发觉强度与位错胞巨细无关。位错密度被以为是强化的重要身分。别的，沉淀物偶然被以为会明显增添强度。是以，急迫必要分析L-PBF 316L SS铝合金以及其他L-PBF铝基和钴基合金中凝集亚晶粒布局的根本强化机制。

因为其奇特的微观布局，热处置惩罚在L-PBF质料中引起的微观布局改变将差别于铸造或冷轧质料，L-PBF 316L SS的热稳健性与通例样品差别。这些研究进一步表示了凝集胞状布局在影响退火举动中的要害特性。现在已经报道了600-950 °C范畴内的胞状布局稳健性，而且在雷同的退火条件下得到差别的机器性能。别的，导致位错胞壁高温下不稳健性的潜伏机制仍知之甚少。出于现实应用的目标，316L SS每每担当高温应用，比方核压水反响堆。是以，研究其热稳健性及其对机器性能的影响非常紧张。

为了分析这些强化机制(格外是位错壁中存在的位错布局和沉淀物)，美国劳伦斯·利弗莫尔国度试验室ThomasVoisin传授团队举行了几个专门的透射电子显微镜（TEM）研究，以捕获这些要害微观布局特性的相互联系关系性。为了研究亚晶粒布局和晶界的热稳健性以及它们对拉伸性能的相应影响，从400 °C到1200 °C每隔200℃对制成的L-PBF 316L SS退火1小时。基于试验观看进一步举行了位错动力学(DD)和CALPHAD建模，以分析沉淀强化和热稳健性机制。本文发觉胞壁遵照特定的晶体学偏向，胞壁内高密度的缠结位错具有更高的离解偏向，形成更宽的堆垛层错，而氧化物沉淀被限定在细胞壁内。这些特性在塑性变形时作为移动位错的屏蔽，并有助于高强度。相干研究结果以题“New insights on cellular structures strengthening mechanisms and thermal stability of an austenitic stainless steel fabricated by laser powder-bed-fusion”颁发在金属顶刊Acta Materialia上。

论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420308934

当在600℃退火后，微布局仍旧连结稳健。600-1000 °C之间的退火激活了元素扩散，导致胞壁渐渐消逝，屈服强度的急剧降落。低角度晶界在高达1000 °C时连结稳健。高于1100 °C的退火消除了全部的L-PBF微布局足迹，并出现出雷同通例微布局。与传统质料相比，L-PBF 316L SS在高温下体现出更高的热稳健性和优秀的性能。

图1 打印计谋表示图。岛扫描扭转90°并向前移动x和y每层增添200米

图2 L-PBF 316L质料的微观布局

图3 L-PBF 316L质料中的低角度晶界(LAGBs)。a，EBSD·IPF表现出高角度的晶界(黑线)和低角度晶界(红线).b，沿中所示的玄色箭头的取向差a.c，在统一个地区的亮场(左上)和暗场(别的三个)拍摄的四个透射电镜图像d，在差别地区拍摄的更高辨别率的暗场，表现沿细胞壁运行的LAGB(赤色箭头)。

图4 胞状布局中的沉淀物。插图表现了依据中的图像盘算的沉淀物尺寸漫衍。

图5 凝集胞状的位错布局。

图6 /3 晶粒布局的弱光束暗场。

图7 退火温度对显微构造的影响。a、差别退火温度下的EBSD、IPF和PF。建成偏向不在平面内。b晶粒尺寸和LAGB分数随退火温度的改变。c和d在差别的退火温度下，晶粒直径和取向差角分别漫衍。e在种种退火温度下举行的SXRD衍射用于相位辨认。f和g，晶格参数和FWHM的改变分别作为退火温度的函数。

图8 差别退火温度下的胞状布局。a-d STEM/HAADF，分别在600、800、1000和1200 °C退火的样品中以三倍放大率拍摄。e通过差别退火温度下的沉淀物举行STEM/EDS线阐发。

图9 在差别温度和高温下退火1小时后的拉伸性能。a和b在差别温度下退火1小时的样品的工程和真实拉伸应变/应力曲线。c，YS0.2、UTS和UE作为退火温度的函数。d和e尺度化加工硬化和瞬时加工硬化指数作为退火温度的函数。f，最小和最大瞬时加工硬化指数，作为差别退火条件下其相应工程和真实屈服和极限强度的函数。g与在雷同温度下测试的传统质料相比，在室和气300 °C下测试的竣工质料的工程屈服和极限强度。h，屈服强度作为退火温度的函数，

图10 通过3D位错动态模仿研究沉淀物的作用。

图11 位错胞布局。a，表示图向上表现单个单位格。b表示图，表现{001}和{111}型平面截取的一组具有雷同晶体取向的晶胞c和d它们在这些平面上的投影效果。

图12退火时俘获元素扩散的CALPHAD模仿。a，亚晶粒布局的STEM/EDS元素图。b，沿中的白色虚线举行能谱线阐发a(HAADF)。c，通过胞壁的铬漫衍的改变是1小时保温时间内退火温度的函数，d盘算了差别保温时间下，作为退火温度函数的胞壁和胞内部之间铬和钼含量差别的改变。