增材制造316L不銹鋼胞結(jié)構(gòu)在循環(huán)變形中的作用
魔猴君 行業(yè)資訊 1131天前
由于具有自由成型和制造過程快速的優(yōu)點(diǎn),增材制造(AM)展現(xiàn)出了巨大的科學(xué)價(jià)值。在眾多增材制造合金中,316L不銹鋼(316LSS)因其應(yīng)用范圍廣和力學(xué)性能突出而受到廣泛關(guān)注。其優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度主要得益于胞結(jié)構(gòu)對位錯(cuò)運(yùn)動的強(qiáng)烈阻礙以及Hall-Petch強(qiáng)化作用,而較大的延伸率與位錯(cuò)和胞結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的加工硬化作用有關(guān)。因此,胞結(jié)構(gòu)對于獲得優(yōu)異的拉伸性能具有至關(guān)重要的作用。
迄今為止,大量研究主要報(bào)道的是增材制造合金的單調(diào)變形行為。然而,工程材料在服役時(shí)通常受循環(huán)載荷作用而不是單調(diào)載荷,且目前關(guān)于疲勞性能的數(shù)據(jù)十分有限。研究胞結(jié)構(gòu)對增材制造合金疲勞行為的影響,尤其是基于位錯(cuò)理論分析變形機(jī)制尚處在研究前沿。
近日,來自瑞典林雪平大學(xué)和中科院沈陽金屬所等單位的研究人員通過開展室溫高周疲勞試驗(yàn),對比分析了含/不含胞結(jié)構(gòu)增材制造 316LSS樣品的疲勞性能和位錯(cuò)組織等,揭示了胞結(jié)構(gòu)在循環(huán)變形中的作用。
論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114190
在相關(guān)研究論文中,作者通過退火熱處理(900 ℃/1050 ℃,10 min)獲得了胞結(jié)構(gòu)體積分?jǐn)?shù)不同的兩種樣品,其中1050 ℃退火樣品為不含胞結(jié)構(gòu)樣品,而未退火樣品具有完整的胞結(jié)構(gòu)。對上述三類樣品進(jìn)行室溫高周疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與不含胞結(jié)構(gòu)的樣品相比,完整胞結(jié)構(gòu)樣品的疲勞過程僅包含穩(wěn)態(tài)和過載階段而無最初的軟化階段,且該樣品具有更高的強(qiáng)度、更低的循環(huán)軟化速率以及更長的壽命,如圖1所示。
圖1. (a-c)未退火和900 ℃/1050 ℃退火樣品的總應(yīng)變范圍-循環(huán)次數(shù)關(guān)系;(d)總應(yīng)變范圍-歸一化循環(huán)次數(shù)(N/Nf)關(guān)系;(e)圖1(d)中歸一化循環(huán)次數(shù)在0.2以內(nèi)的曲線放大圖;(f)未退火和1050 ℃退火樣品達(dá)92%疲勞壽命時(shí)的滯后回線;(g)總應(yīng)力范圍-失效循環(huán)次數(shù)關(guān)系。
借助掃描電子顯微鏡(SEM)和背散射電子衍射(EBSD)發(fā)現(xiàn),含/不含胞結(jié)構(gòu)的樣品變形前后晶粒取向、大小和形狀變化不大,如圖2所示。然而,通過透射電子顯微鏡(TEM)分析發(fā)現(xiàn),這兩類樣品變形后的主要位錯(cuò)組織有所區(qū)別。如圖3和圖4所示,完全胞狀樣品變形后觀察到了平面位錯(cuò)組織,如滑移帶(SB)、堆垛層錯(cuò)(SFs)和變形孿晶(DTs),而在不含胞結(jié)構(gòu)的樣品中出現(xiàn)了條紋狀和(或)胞狀位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)。
圖2. 未退火樣品與1050 ℃退火樣品變形前后的顯微組織。(a, b, g1, h1)帶襯度(BC)和晶粒取向分布疊加圖;(c, d)變形前胞結(jié)構(gòu)SEM照片;(e, f)變形前位錯(cuò)組織TEM照片;(g2, h2)Kernel平均取向差(KAM)分布圖。
圖3. 未退火樣品變形后的TEM明場照片,包括(a, b)滑移帶(SB),(c, d, f, g)起源于位錯(cuò)墻的大量堆垛層錯(cuò)(SFs)和(e, h)一些變形孿晶。(i)納米孿晶束和孿晶界(黃線)原子結(jié)構(gòu)高分辨透射電子顯微(HRTEM)照片。
圖4. 1050 ℃退火樣品變形后的TEM明場照片。(a, b)位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)如位錯(cuò)胞和位錯(cuò)條紋;(c-e)位錯(cuò)胞放大照片,包括致密位錯(cuò)網(wǎng);(f)少量SFs。
總之,作者報(bào)道了胞結(jié)構(gòu)對增材制造 316LSS疲勞行為的影響。胞結(jié)構(gòu)的存在將促進(jìn)平面滑移系的開動和誘導(dǎo)形成平面位錯(cuò)組織如SFs和DTs,引起不均勻的應(yīng)變累積,從而促進(jìn)疲勞變形。
來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/40951.html