17-4PH高强钢增材制造组织与性能研究(2)
l 17-4PH高强钢SLM成形的微观组织
图6为17-4 PH高强钢SLM成形试样的微观组织。可以看出，成形的17-4PH高强钢体现了各向异性，在横截面没有明显晶界，横截面晶粒细小均匀分布，见图6a；从图6b看出，虚线内纵截面有明显的熔池且呈层间带状。试样的主要组织结构为马氏体，马氏体为bcc结构，马氏体是SLM成形过程中快速熔化和冷却造成的，并随着热流在熔池中形成柱状结构，在纵截面可以看出一些柱状马氏体是平行于建构方向，有些垂直于构建方向，表现成等轴晶粒。还有一些残余奥氏体，由于在SLM成形过程中，试样经过多次热循环，有一些余热，温度可达到奥氏体相稳定范围，会促进奥氏体组织的积累，奥氏体为fcc结构（见图6e和图6f箭头），残余奥氏体的存在使试样的延展性得到提高。
图6 17-4PH高强钢SLM成形的微观组织
OM形貌（a）X-Y截面OM形貌（b）X-Z截面OM形貌 SEM形貌（c）X-Y截面SEM形貌（d）X-Z截面SEM形貌（e）高倍X-Y截面SEM形貌（f）高倍X-Z截面SEM形貌。
图7为 17-4PH高强钢析出相EDS。可以看出，析出相多为球形状。表2为颗粒的主要成分。由表2表明，颗粒为Cr的碳化物，还有少量Cu析出，ε-Cu多为纳米级颗粒，一般情况下ε-Cu沉淀物主要在时效过程中形成，在SLM成形过程中激光扫描产生的热传递引起的时效效应。
图7 17-4PH高强钢析出相EDSl
l 17-4PH高强钢SLM成形的拉伸性能
图8为17-4PH高强钢的应力-应变曲线，在同一参数下对拉伸试样进行3次试验，取平均值，试样的抗拉强度为1 176.72 MPa，伸长率为15.91 %。
图8 17-4PH高强钢的应力-应变曲线
17-4PH高强钢试样拉伸断口由纤维区、放射区和剪切唇区3个区域构成。从宏观来看，拉伸断口整个断面比较平滑，呈现了沿最大切应力方向断裂特征。利用SEM对拉伸试样断口形貌进一步分析，断口的纤维区分布大量韧窝，形状大小相似，韧窝尺寸较小，试样中有第二沉淀相的存在，在拉伸时会有微孔形成（见图9b白色箭头），说明该17-4PH不锈钢具有较高的强度和良好的韧性，其与组织的均匀性以及晶粒细小都有关系，组织中存在的奥氏体降低了材料的强度，但是改善了材料的塑性。
图9 17-4PH高强钢拉伸试样SEM断口形貌
（a） 宏观形貌 （b）微观形貌
l 结论
17-4PH高强钢SLM成形在185 W功率和110 μm扫描间距下，气孔分布情况相对来说较少，密度较大，硬度较大。
17-4PH高强钢SLM成形微观组织主要由马氏体和残余奥氏体组成，可观察到横纵截面组织有差别，在纵截面可以看出有明显的熔池呈层间带状。根据EDS分析，17-4PH高强钢的沉淀相为ε-Cu以及一些碳化物，可以提高材料的硬度。
17-4PH高强钢拉伸断口面由纤维区、放射区和剪切唇区3个的区域构成，断口韧窝形状大小相似且尺寸较小，表明试样有较高的强度和良好的韧性。
l 论文信息
王海霖，赵占勇，白培康，等. SLM成形17-4PH高强钢组织与性能研究[J].特种铸造及有色合金，2021,41（12）：1559-1563.
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