316l不锈钢管-SLM-316L不锈钢在制造工艺上有何特点它是如何从金属中脱颖而出

SLM-316L不锈钢的制造工艺有哪些特点？它是如何从金属中脱颖而出的？

文|小申简说

编辑|小申简说

引言

随着时代的快速发展，人们对金属材料的性能和应用要求也越来越高，SLM-316L不锈钢是一种由选择性激光熔化技术制成的新型金属材料，由于强度高，可应用于许多重要场景，发展迅速。

然而，由于这种金属的高强度，加工难度立即增加。人们选择了哪种加工方法？它有什么优异的性能吗？

SLM-316L不锈钢的制备方法

1.选择激光熔化技术的原理

激光熔化技术的选择（SLM）是一种以激光束为热源，在粉末材料表面逐层扫描熔化粉末形成三维实体的快速成形技术。

该技术的基本原理是利用高功率密度激光束局部熔化粉末材料表面，熔化区快速凝固形成固体层，通过移动工作台逐层叠加新的粉末材料，在其表面熔化，重复工艺，最终形成所需形状和结构的三维实体。

在SLM过程中，激光束的功率、扫描速度、扫描路径和扫描间距对产品的外观和性能有影响。激光功率越高，扫描速度越慢，熔化区域越大，成品表面越光滑。

同时，扫描路径和间距的选择对成品的密度和结构有重要影响。合理的扫描路径和间距可以提高成品的密度，减少气孔、缺陷和残余应力。

SLM技术在制备金属材料方面具有许多优点。可实现高精度、高效率、低污染的成型过程，制备性能优异的材料，适用于制备复杂的几何形状和内部结构。

SLM-316L不锈钢的制备工艺

首先，我们需要准备SLM-316L不锈钢粉末。粉末的质量对最终产品的质量有很大的影响。我们使用雾法制备粉末，然后通过筛选和精细处理获得所需粒径的粉末。

接下来，需要准备3DCAD模型来确定零件的形状和结构。在选择性激光熔化设备中，粉末通过喷射到激光束下，粉末通过高能激光束熔化并固化成金属部件。

在此过程中，所需的形状和结构可以通过控制激光束的位置和强度，以及喷粉速度和厚度来获得。

SLM-316L不锈钢零件的最终成品还需要进行表面处理、热处理和机械加工，以获得所需的表面质量、强度和耐腐蚀性。

制备条件对SLM-316L不锈钢组织结构的影响

在选择性激光熔化技术中制备SLM-316L不锈钢时，激光功率、扫描速度、层厚、预热温度等制备参数会影响其组织结构的形成。

激光功率和扫描速度是影响沉积区组织结构的主要参数，层厚和预热温度是影响母材区组织结构的主要参数。

激光功率和扫描速度的变化会影响沉积区的组织结构。在低激光功率和扫描速度下，沉积区的组织结构呈现出较小的晶粒和较低的孔隙率。

然而，如果激光功率和扫描速度过高，材料中会形成大量的孔隙和缺陷，晶粒尺寸也会变大。在这种情况下，SLM-316L不锈钢可能密度低，机械性能差。

在制备过程中，过高或过低的预热温度会导致组织结构异常。如果预热温度过高，母材区域可能过热熔化，导致材料微组织不规则，缺陷和孔隙大。

如果预热温度过低，母材区的组织结构可能过于致密，难以与沉积区形成良好的结合。

SLM-316L不锈钢的组织结构

1.母材区的组织结构

SLM-316L不锈钢母材区的组织结构主要由奥氏体和少量铁素体组成。奥氏体是一种具有良好韧性和可塑性的面心立方体结构的铁素体。其晶体含有适量的镍和铬，能提供优异的耐腐蚀性和抗氧化性。

铁素体是一种体心立方结构的铁素体，它含有较高的碳元素，因此硬度较高，但脆性较大，耐腐蚀性不如奥氏体。

在SLM-316L不锈钢母材区，奥氏体和铁素体呈现出交错的带状分布，这是因为在钢的冷却过程中，温度梯度会导致奥氏体和铁素体的不同变化过程，导致带状分布的组织结构。

此外，母材区还发现了少量的晶间硬化物和碳化物，有助于SLM-316L不锈钢的强度和硬度。

需要注意的是，母材区的组织结构在性激光熔化过程中会受到一定程度的影响，特别是在激光熔化过程中，由于母材区有一定的组织结构，加热冷却过程中的温度梯度会导致组织结构的变化和再生，从而对SLM-316L不锈钢的性能产生一定的影响。

因此，研究SLM-316L不锈钢母材区的组织结构及其变化规律对优化选择性激光熔化工艺和提高材料性能具有重要意义。

2.沉积区的组织结构

SLM-316L不锈钢沉积区是指激光熔化金属材料的表面层，也是零件的最外层，其组织结构受制备参数和热处理过程的影响。

在母材熔融池区域，由于激光束的高能密度和快速扫描速度，钢瞬间熔化并迅速凝固，形成非晶体或极细晶粒的组织结构。这种非晶体或极细晶粒结构沉积区的主要特征之一，母材熔融池区域也有一定数量的二次相。

熔融池沿激光扫描路径熔化并迅速凝固，形成小颗粒，这些小颗粒有时沿扫描路径方向分布不均匀，同时由于高温热应力和快速冷却过程，也会导致沉积区域颗粒错位、屈曲、晶界偏移等缺陷，从而影响其机械性能。

SLM-316L不锈钢沉积区结构复杂，包括非晶体、极细晶粒、二次相、小晶粒等组织结构。因此，根据不同的应用要求，有必要通过调整制备参数和热处理过程来优化沉积区的组织结构，以满足具体的机械性能和应用要求。

SLM-316L不锈钢组织结构的形成机制

SLM-316L不锈钢组织结构的形成有很多因素。在制备过程中，激光束的高能密度使粉末在局部区域迅速熔化，然后凝固形成一层新材料，涉及复杂的热传输和固化行为。

而制备条件(如激光功率、扫描速度、层厚等)。)、SLM-316L不锈钢的组织结构也会因材料粒度和气氛压力而发生变化。

激光熔化粉末，形成熔池，温度高达数千摄氏度。随着激光束的扫描和移动，熔池中的液体金属不断凝固，并与前一层材料交界，形成一个由多个熔池交错组成的三维实体。

由于快速凝固的速率高于普通制备工艺，晶体生长在凝固过程中几乎没有时间，固体组织呈非晶或亚晶形状，晶粒尺寸小于微米。

激光功率的大小也决定了熔池的温度和凝固率，从而影响组织结构。较高的扫描速度可以加快熔池的凝固率，使晶粒尺寸更小。

层厚的变化也会影响组织结构。较薄的层厚可以提高横向传热速率，使晶粒尺寸更小，较高的气压可以降低熔池的表面张力，从而提高凝固速率，使晶粒尺寸更小。

SLM-316L不锈钢的力学性能

1.抗拉强度、屈服强度和伸长率的试验结果

抗拉强度、屈服强度和伸长率是评价材料力学性能的三个重要指标。这些指标可以通过拉伸试验来测量。拉伸试验是一种常用的材料力学性能试验方法。

实验结果表明，实验结果表明，SLM-316L不锈钢的抗拉强度在500-800MPa之间，屈服强度在200-500MPa之间，延伸率在20-500MPa之间％之间。

这种强度和延展性极强，能使他在航空航天、汽车制造和医疗器械中发挥重要作用。

需要注意的是，抗拉强度、屈服强度和延伸率会受到测试条件和方法的影响，测试速度和样品尺寸可能会影响测试结果。因此，在测试过程中应注意这些因素，并采取适当措施减少测试误差。

2.硬度和韧性的测试结果

硬度和韧性是衡量金属材料力学性能的首要任务，这决定了材料受力后产生的变形程度，我们将使用洛氏硬度测试机进行测试。

实验发现，SLM-316L不锈钢的硬度值高于传统的316L不锈钢，因为选择性激光熔化技术制备的SLM-316L不锈钢具有更致密的组织结构，因此其硬度值相对较高。

韧性是指当材料在力下发生塑性变形时，具有抗断裂的能力。通过拉伸试验和冲击试验可以测试韧性。在试验过程中，我们发现SLM-316L不锈钢具有相对较高的韧性，具有良好的延展性和抗撕裂性。

这是因为SLM-316L不锈钢的晶界和位错较多，可以吸收材料中的应变能量，从而提高材料的韧性。

硬度和韧性是相互矛盾的指标，很难同时获得高水平的性能，但SLM-316L不锈钢的硬度和韧性测试结果相对较好，表明选择性激光熔化技术在制备过程中提高了两者的兼容性。

结论

SLM-316L不锈钢作为一种具有良好机械性能和应用前景的金属材料，也可以使SLM-316L不锈钢比传统的316L不锈钢具有更致密的组织结构。

其潜力远不止于此。未来SLM-316L不锈钢的制备工艺可以简化，以满足不同领域对材料性能的要求，促进SLM-316L不锈钢的应用。

参考文献：

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