【摘 要】
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选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是常用增材制造的方法之一,对于传统加工工艺难以直接生产、批量小、个性化需求的金属零部件具有明显优势。本文通过SLM法制备AISI 316L不锈钢,对不同工艺参数下单层单道、单层多道和块体试样进行分析,优化工艺参数,系统研究了优化工艺参数条件下,试样的显微组织、成分特征和力学性能,探究SLM法制备AISI 316L不锈钢的变形行为
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选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是常用增材制造的方法之一,对于传统加工工艺难以直接生产、批量小、个性化需求的金属零部件具有明显优势。本文通过SLM法制备AISI 316L不锈钢,对不同工艺参数下单层单道、单层多道和块体试样进行分析,优化工艺参数,系统研究了优化工艺参数条件下,试样的显微组织、成分特征和力学性能,探究SLM法制备AISI 316L不锈钢的变形行为。激光功率一定时,熔池深度和熔池宽度均随扫描速度的增大而减小;当扫描速度一定时,熔池深度随激光功率的增大而增大,熔池宽度变化不明显;激光功率增大或扫描速度减小均会增加熔道高度,但当激光功率过大且扫描速度过小时,熔池内溶液不稳定,易发生飞溅降低熔道高度。扫描间距过小,相邻熔道高度呈阶梯状递增,而过大则易引起熔道表面凹凸不平。搭接率范围为27～38%,激光能量密度范围为83～104 J/mm3时,成形层质量较好。搭接率为33.67%时,试样致密度最高,达到98.68%。优化工艺参数为:激光功率为250 W、扫描速度为1200 mm·s-1、扫描间距为80μm。采用Cross-hatching扫描策略,沿z轴正向打印块体试样,xz面和yz面组织结构接近。SLM法制备AISI 316L不锈钢为单相奥氏体组织,存在大量的六边形、伸长六边形胞状结构和条柱状亚结构。xy面内多数晶粒沿着（220）晶面择优取向生长,yz面多数晶粒择优生长取向为（111）晶面。此外,yz面内（111）取向的柱状晶可能贯穿一条或多条熔合线进行外延生长。xy面的粗糙度为Rz=23.0μm、Ra=2.12μm,yz面的粗糙度为Rz=32.43μm、Ra=4.33μm。xy面布氏硬度为178.66 HB,yz面布氏硬度为187.62 HB。试样的抗拉强度为696.73 MPa,屈服强度为571.37 MPa,延伸率为52.59%,屈强比为0.82。拉伸断口中存在大量尺寸为100～600 nm的韧窝和8～70μm孔隙,纳米级的韧窝增加了断裂面面积,使试样在断裂过程中所需要的形变能增多,延缓断裂进而提高塑性。试样应变量达到30%时,形变孪晶Σ3晶界显著增多,应变量达到52.59%时,Σ3晶界最高,达到35.3%。晶粒取向接近<111>或<110>时,晶粒尺寸较大,易产生形变孪晶,取向接近<001>时,晶粒尺寸较小,不易产生形变孪晶。随着应变量的增加,几何必需位错（Geometrically Necessary Dislocation,GND）平均密度由3.63×1014 m-2增大到8.17×1014 m-2。GND易在晶界处堆积,通过位错交互作用和背应力增加位错阻力,提高材料的屈服强度。随着应变量的增加,位错滑移和孪生都有所增加,二者相互协调作用,使SLM法制备AISI 316L不锈钢具有高强度和良好的塑性。
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