论文部分内容阅读
高氮奥氏体不锈钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,成为钢铁材料研究的热点之一,而CMT（即冷金属过渡焊接技术）增材制造是一种新型的丝材电弧增材技术,具有一次成形复杂零件的特点,能够实现零件的自由制造。将高氮钢制备成丝材,并研究其CMT电弧增材制造,有望使高氮钢的应用更为广泛。本文设计了多种CMT增材用高氮钢丝材成分,研究了其工艺性能,分析了CMT增材后的凝固组织与力学性能,并研究了热处理对组织与性能的影响。研究结果表明:1)Nb（Mo）元素的添加可以改善高氮钢熔凝合金锭表面的光洁度,并细化晶粒,提升力学性能;结合氮平衡理论与舍弗勒相图设计制备了多种成分的高氮钢丝材,焊接工艺性评估表明Nb微合金化可以减小丝材的表面粗糙度,减少飞溅与烟尘量,改善成形性,保持更好的熔池稳定性;2)CMT增材高氮钢采用交错堆叠（即先在X-Y平面蛇形打印一层,再沿Z方向交错90度打印第二层,以此类推）方式,增材的高氮钢每层厚度约2.6 mm,层内可以分为重熔区（厚0.1 mm）、枝晶区（厚2.1 mm）、热影响区（厚0.4 mm）三个区域,由奥氏体相和少量δ-铁素体两相构成,枝晶为细小的富Cr树枝晶,二次枝晶臂间距小于8.5μm,枝晶主要沿Z方向生长,受同层已打印成形部位散热的影响,部分树枝晶主轴与Z方向约成45°夹角;3)增材体晶粒沿Z方向呈现（200）择优生长,增材体Z方向的力学性能低于X（Y）方向:X（Y）方向抗拉强度达到872 MPa、延伸率13%、冲击韧性258 J/cm2;而Z方向抗拉强度为745 MPa、延伸率12%、冲击韧性228 J/cm2。4)高氮钢增材体在500℃900℃的热处理实质是一个时效析出过程,主要析出相为σ相和Cr2N。随着热处理温度提高或时间延长,呈现欠时效、峰时效和过时效三个阶段。在保温3小时情况下,500℃700℃处于欠时效,700℃处于峰时效,X（Y）方向和Z方向的屈服强度（抗拉强度）分别为774 MPa（951 MPa）和725 MPa（778 MPa）,硬度分别为373 HV0.5和369 HV0.5;700℃900℃处于过时效。在固定温度为600℃情况下,050h处于欠时效,50 h达到峰时效,50 h100 h出现过时效。峰时效时X（Y）方向和Z方向的屈服强度（抗拉强度）分别为856 MPa（991 MPa）和789 MPa（872 MPa）;此时,高氮钢增材体中的树枝晶完全分解,大量第二相颗粒在原树枝晶富铬区析出,析出区与无析出区在空间形成一种网络状交织特征。