頂刊:3D列印出1.4GPa超高強度鋼,緻密度達99.25%

2020-11-23 騰訊網

超高強度鋼一般是指屈服強度大於1380MPa的高強度結構鋼，這種材料通常不易加工成型，且工藝成本高昂，採用3D列印製造則具有顯著優勢。

為了生產出具有高度幾何形狀控制的高強度零件，來自美國德州A&M大學的研究人員採用SLM技術對低合金超高強度馬氏體鋼AF9628進行了研究，最終成型出拉伸強度高達1.4GPa，延伸率高達11%的組織結構。研究人員稱這是迄今為止3D列印金屬材料有報導以來的最高性能。

3D列印零件的性能對工藝參數極為敏感，要獲得穩定的列印參數往往需要大量的實驗。研究人員通過建立工藝參數優化模型，並對模型中的各個相關係數進行修正，優化出了高強馬氏體鋼最優的列印參數。

研究路線圖

通過利用Eagar-Tsai模型來描述列印工藝參數對熔池幾何形貌和溫度分布的影響，研究人員將輸入參數分為兩類：一類是熱輸入參數包括雷射功率、掃描速度和雷射高斯熱源半徑；另一類是材料參數，包括熱導率、密度、比熱、熔點和雷射吸收率。並利用統計方法對該模型的不確定性進行校正，結合特殊設定的單道列印實驗結果對模型偏差進行校正。提出以搭接量標準來預測熔寬和熔高，獲得最優搭接量，建立工藝參數指導圖。最終在保持全密度的同時，通過靈活選擇工藝參數來局部調整微結構，從而改善材料的機械性能。

不同列印參數下的緻密度

總的來說，採用基於搭接量評價的數學模型，能很好的預測列印過程中熔池的幾何尺寸，控制好搭接量便能很好的控制列印樣品的性能。這種方法有利於減少實驗次數，特別是對於新材料的工藝探索是一種行之有效的方法。

美陸軍研究實驗室列印的AF96材料複雜形狀零件

在應用方面，3月5日，美國陸軍作戰能力發展指揮部的陸軍研究實驗室，材料製造科學家使用AF96粉末3D列印了超高強度的複雜零件。陸軍研究人員表示，這種鋼合金具有驚人的品質，在地面車輛更換零件方面具有潛在應用，而且這種材料可能比商業上可獲得的材料強約50％。

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