氮氣、氬氣等氣體如何影響3D打印不銹鋼

一組研究人員近日研究了使用氮氣或氬氣作為保護(hù)氣體對添加劑制造17 -4 PH不銹鋼的最終機械性能的影響。

“通過調(diào)查各種工藝參數(shù)，掃描策略和建筑物定向效應(yīng)，已經(jīng)做了很多努力來優(yōu)化和改善AM部件的機械性能。”研究人員表示。

“引入保護(hù)氣體是另一個重要參數(shù)，它不僅影響制造部件的熱物理性能，還影響制造部件的機械性能。保護(hù)氣體負(fù)責(zé)去除熔池周圍的活性氣體，以防止與大氣反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。像氧氣這樣的氣體在選擇合適的保護(hù)氣體時，必須考慮各種因素，例如氣體與熔池的基礎(chǔ)材料和化學(xué)冶金反應(yīng)。

研究了各種保護(hù)氣體如氮氣，氬氣和氦氣對碳鋼，不銹鋼和鋁合金等不同材料的行為的影響。研究人員的研究重點是“通過在典型的L-PBF條件下模擬單個軌道來模擬17-4 PH SS的熱響應(yīng)，同時考慮不同保護(hù)氣體的對流傳熱”。進(jìn)行了數(shù)值研究，以獲得在激光粉末床熔融過程中在氬氣和氮氣保護(hù)氣體下制造的部件的溫度，溫度梯度和冷卻速率。進(jìn)行顯微硬度測試和拉伸測試以確定3D打印部件在不同保護(hù)氣體下的機械性能。得出以下結(jié)論：
1、氮氣氛沿著軌道引入略低的溫度和溫度梯度，同時冷卻速率高于氬氣氛。研究人員將此歸因于氮氣的較高導(dǎo)熱系數(shù)。
2、當(dāng)?shù)獨庥米鞅Ｗo(hù)氣體時，更多的能量應(yīng)從軌道消散到環(huán)境中。這是由于使用氮氣時提供的冷卻速率更高。
3、在氮氣保護(hù)氣體下制造的試樣的硬度略高于在氬氣下制造的試樣的硬度。這歸因于由于在氮氣氛下提供的較高冷卻速率而獲得的更精細(xì)的微結(jié)構(gòu)。
4、“HT-Ar/Ar試樣的硬度高于HT-Ar/N2試樣。這是由于在氬氣氛下制造的奧氏體基體與馬氏體微觀結(jié)構(gòu)相比具有更高的沉淀硬化能力。

在所有測試條件下，拉伸行為的變化最小。然而，在氮氣氛下3D打印的樣品具有稍高的強度和延展性。

該研究可以提供有價值的見解，以更好地避免添加制造部件中的缺陷，例如孔隙率和缺乏熔合。特別是金屬添加劑制造是一種非常精確的科學(xué)，涉及大量的化學(xué)知識和數(shù)學(xué)計算，以便為3D打印創(chuàng)造條件。根據(jù)研究人員的研究，制造商可能能夠改變3D打印零件的條件，從而獲得更好的整體組件。

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