铁基材料间接法增材制造显微结构及机械性能研究

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目前以3DP、FDM、PEP等为代表的间接法增材制造在金属材料方面的研究还处于比较初期的尝试和可行性探索阶段,针对金属材料的粉体性能、打印-脱胶-烧结-热处理工艺、显微结构及力学性能方面的深入研究仍然存在较大的探索空间,针对各类不同的间接法增材制造技术的对比研究也鲜有报道。本文以316L不锈钢作为典型的铁基材料体系,以粘结剂喷射打印技术(Three Dimensional Printing,3DP)和粉末挤出打印(Powder Extrusion Priting,PEP)为主要间接法增材制造技术,系统进行了这两种增材制造方法在铁基材料的打印工艺、脱脂-烧结-烧结后热处理过程中的工艺特质、致密化机理、显微结构演化等方面的对比研究,完成了铁基材料3DP和PEP打印、脱脂、烧结工艺规范的构建,确立了316L不锈钢3DP及PEP打印专用粉体粒度规范,开发了PEP专用石蜡+微晶蜡体系有机粘结剂,制备了两种不同粒度316L不锈钢的PEP打印喂料,316L不锈钢3DP及PEP打印件烧结致密度超过98%。研究发现原始粉体粒度对316L不锈钢3DP及PEP打印-烧结件的奥氏体晶粒度及力学性能有显著影响,固溶热处理显著去除了残余铁素体,同时使得奥氏体晶粒尺寸明显增加。316L不锈钢的3DP及PEP打印技术对比研究表明PEP技术可以打印的金属粉体粒度范围明显大于3DP技术,3DP打印周期较长且需要在打印后进行长时间的固化,但是单次可打印较多样件,PEP打印周期较短,但是单次打印较多样件时难度较大,3DP打印件的脱脂时间明显少于PEP打印件;同样的316L不锈钢粉体材料的3DP及PEP打印-烧结件的显微结构及力学性能相近,抗拉强度高于传统制备方法,低于选区激光熔化法增材制造技术,但是制备成本较低,制备效率较高,因此具有较好的商业化应用前景。
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