厲害!3D列印出1.4GPa超高強度鋼!緻密度達99.25%!

利用本文模型優化出列印馬氏體鋼AF9628的最優工藝參數，最終獲得緻密度大於99.25%的實驗樣件，強度大於1.4GPa。

增材製造構件性能對於工藝參數極為敏感。要獲得穩定的列印參數往往需要大量的實驗。來自美國Texas A&MUniversity的研究表明，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列印參數。相關論文以題為「An Ultra-High Strength Martensitic Steel Fabricated using Selective Laser Melting Additive Manufacturing: Densification, Microstructure, and Mechanical Properties」發表在Acta Materialia。

論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.037

本文採用馬氏體鋼AF9628為原材料，採用SLM工藝進行單道實驗和列印實驗，利用Eagar-Tsai模型描述列印工藝參數對熔池幾何形貌和溫度分布的影響。作者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。作者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。最終利用該模型優化出列印馬氏體鋼AF9628的最優工藝參數，最終獲得緻密度大於99.25%的實驗樣件，強度大於1.4GPa。

圖1採用的研究路線圖

圖2 粉末的EBSD

圖3 熔池形貌

圖4 不同列印參數下的緻密度

圖5 超高強馬氏體鋼AF9628的微觀組織EBSD圖和等效晶粒尺寸分布

總的來說，作者所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。（文：砰砰砰砰）

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