引言
2205雙相不銹鋼3D打印后是以鐵素體為主，通過熱處理達到鐵素體與奧氏體雙相平衡。3D打印參數(shù)與熱處理過程中雙相不銹鋼的相變也存在關系，科研人員探討LPBF過程中參數(shù)對熱處理后2205雙相不銹鋼相變的影響。
表1. 根據(jù)打印參數(shù)和處理條件的樣本命名。
| Designation(as-built) | Designation(heat-treated) | Laser power(W) | Scan speed(mm/s) | Energy density(J/mm3) |
|---|---|---|---|---|
| AB100–300AB100–500AB100–700AB100–900AB200–300AB200–500AB200–700AB200–900 | HT100–300HT100–500HT100–700HT100–900HT200–300HT200–500HT200–700HT200–900 | 100100100100200200200200 | 300500700900300500700900 | 1851117962370222159123 |
圖1. （a）–（h）沿BD的EBSD IPF地圖和（i）–（p）對應于以下內(nèi)容的BCC極點圖< 001 > , < 110 > ,以及< 111 > 分別在不同激光功率和掃描速度下構建的樣品中的鐵素體織構。
圖2. 沿BD中心線在中間構建高度沿（a）垂直方向和（b）水平方向測量的殘余應力。殘余應力測量為（c）靜水壓力和（d）von Mises應力。
圖3. （a）-（h）EBSD KAM圖和（i）不同激光功率和掃描速度下構建的樣品的平均KAM值。
圖4. （a）–（h）ZA[100]沿線的STEM顯微照片，顯示了具有不同激光功率和掃描速度的竣工樣品的BCC鐵素體基體中的位錯。紅色箭頭指向Si-O夾雜物。比較并匹配沿ZA[100]的（a1）-（h1）實驗和（a2）-（h2）模擬TEM CBED圖案，以估算TEM試樣厚度。紅色虛線圓圈突出顯示了用于觀察和模擬之間視覺比較的CBED磁盤。（i）使用STEM顯微照片測量的位錯密度統(tǒng)計數(shù)據(jù)和估計的TEM試樣厚度。
圖5. 放大的STEM顯微照片分別顯示了（a）低功率和（b）高功率條件下Si-O夾雜物的例子。紅色箭頭指向Si-O粒子的例子。（c）STEM-EDS顯示Si-O顆粒中Si和O富集。
圖6. 不同激光功率和掃描速度下制備的樣品的竣工鐵素體硬度分布。空心方塊表示單個測量值，而星號表示每個樣品的平均硬度。
圖7.（a）-（h）EBSD相圖，表示所有熱處理樣品的紅色鐵素體和綠色奧氏體。（i）用不同激光功率和掃描速度制備的樣品的奧氏體相面積分數(shù)。
圖8. EBSD IPF沿著BD繪制了用不同激光功率和掃描速度制造的熱處理樣品。
圖9. 用不同激光功率和掃描速度制造的熱處理樣品的晶間和晶內(nèi)奧氏體分割和統(tǒng)計（參見表1）。（a）分段EBSD圖顯示了IPF顏色的鐵素體、黑色的晶間奧氏體和白色的晶內(nèi)奧氏體，以HT100-500為例進行了演示。（b1–4）（a）的放大區(qū)域顯示了晶間和晶內(nèi)奧氏體之間的可靠分割。（c）此處研究的所有條件下的平均晶內(nèi)奧氏體晶粒尺寸。
圖10. 在用不同激光功率和掃描速度制造的熱處理樣品中，對應于<=（001）>、<=（110）>*和<=（111）=（a-d，i-l）鐵素體和（e-h，m-p）奧氏體的極圖。
表2. 通過保持K-S取向關系的相變產(chǎn)生的可能24種變體。
| Variant | Planeparallel | Directionparallel | Rotation angle/axis from V1 |
|---|---|---|---|
| V1 | (1 1 1)fcc||(0 1 1)bcc | [?1 0 1]fcc||[?1?1 1]bcc | N/A |
| V2 | [?1 0 1]fcc||[?1 1?1]bcc | 60°/[1 1 1] | |
| V3 | [0 1?1]fcc||[?1?1 1]bcc | 60°/[0 1 1] | |
| V4 | [0 1?1]fcc||[?1 1?1]bcc | 10.5°/[0?1?1] | |
| V5 | [1?1 0]fcc||[?1?1 1]bcc | 60°/[0?1?1] | |
| V6 | [1?1 0]fcc||[?1 1?1]bcc | 49.5°/[0 1 1] | |
| V7 | (1?1 1)fcc||(0 1 1)bcc | [1 0?1]fcc||[?1?1 1]bcc | 49.5°/[?1?1 1] |
| V8 | [1 0?1]fcc||[?1 1?1]bcc | 10.5°/[1 1?1] | |
| V9 | [?1?1 0]fcc||[?1?1 1]bcc | 50.5°/[?10 3?13] | |
| V10 | [?1?1 0]fcc||[?1 1?1]bcc | 50.5°/[?7?5 5] | |
| V11 | [0 1 1]fcc||[?1?1 1]bcc | 14.9°/[13 5 1] | |
| V12 | [0 1 1]fcc||[?1 1?1]bcc | 57.2°/[?3 5 6] | |
| V13 | (?1 1 1)fcc||(0 1 1)bcc | [0?1 1]fcc||[?1?1 1]bcc | 14.9°/ |
| V14 | [0?1 1]fcc||[?1 1?1]bcc | 50.5°/[?5 5?7] | |
| V15 | [?1 0?1]fcc||[?1?1 1]bcc | 57.2°/[?6?2 5] | |
| V16 | [?1 0?1]fcc||[?1 1?1]bcc | 20.6°/ | |
| V17 | [1 1 0]fcc||[?1?1 1]bcc | 51.7°/[?11 6?11] | |
| V18 | [1 1 0]fcc||[?1 1?1]bcc | 47.1°/[?24?10 21] | |
| V19 | (1 1?1)fcc||(0 1 1)bcc | [?1 1 0]fcc||[?1?1 1]bcc | 50.5°/[?3 13 10] |
| V20 | [?1 1 0]fcc||[?1 1?1]bcc | 57.2°/[3 6?5] | |
| V21 | [0?1?1]fcc||[?1?1 1]bcc | 20.6°/[3 0?1] | |
| V22 | [0?1?1]fcc||[?1 1?1]bcc | 47.1°/[?10 21 24] | |
| V23 | [1 0 1]fcc||[?1?1 1]bcc | 57.2°/[?2?5?6] | |
| V24 | [1 0 1]fcc||[?1 1?1]bcc | 21.1°/[9?4 0] |
圖11. 用不同激光功率和掃描速度制造的熱處理樣品中的變體間邊界種群。點表示相變過程中成核和生長概率相等的情況下的理論面積分數(shù)。由于晶體對稱性，只存在16個獨特的變體間界面，“=”符號表示兩個等效的變體間界面。
圖12. 用不同激光功率和掃描速度制造的熱處理樣品中的晶粒內(nèi)奧氏體變體選擇。點表示在成核和生長概率相等的情況下的理論面積分數(shù)。
圖13.用不同激光功率和掃描速度制備的熱處理樣品的納米硬度分布。
論文信息
Effects of laser powder bed fusion parameters on the delta-ferrite to austenite phase transformation in duplex stainless steels
Author: X.Y. He,V.V. Rielli,Q. Liu,X.P. Li,V. Luzin,N. Haghdadi,S. Primig
Doi：10.1016/j.addma.2025.104825
LPBF參數(shù)對微觀結構的影響
?激光功率與掃描速度?：通過改變這兩個參數(shù)，可以顯著影響打印件中的δ-鐵素體（δ-ferrite）含量、位錯密度、殘余應力等。
?微觀結構特征?：高激光功率下，δ-鐵素體呈現(xiàn)出更強的<001>織構；而低激光功率和高掃描速度下，位錯密度顯著增加。
?相變機制?：熱處理后，δ-鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（austenite），相變過程中涉及多種微觀結構特征的變化。
?相變路徑?：研究發(fā)現(xiàn)，LPBF過程中形成的非平衡微觀結構為熱處理后的相變提供了豐富的形核位點，從而影響奧氏體的形貌、晶粒尺寸和變體選擇。
?力學性能?：熱處理后奧氏體的相分數(shù)、晶粒尺寸和變體選擇對材料的硬度有顯著影響。例如，具有復雜位錯結構的δ-鐵素體在熱處理后更容易形成具有特定變體選擇的奧氏體，從而提高硬度。
?應用前景?：通過優(yōu)化LPBF參數(shù)，可以實現(xiàn)對2205雙相不銹鋼熱處理后微觀結構的精確控制，從而定制其力學性能以滿足不同應用需求。
結論
?研究意義?：本文揭示了LPBF參數(shù)如何通過影響δ-鐵素體的微觀結構，進而控制熱處理后的奧氏體相變，為通過增材制造技術實現(xiàn)雙相不銹鋼的微觀結構工程提供了新的見解。
?未來展望?：未來的研究可以進一步探索不同合金系統(tǒng)的相變機制，以及如何通過LPBF技術實現(xiàn)更復雜的微觀結構設計。
