氮氣、氬氣等氣體如何影響3D打印不銹鋼

一組研究人員近日研究了使用氮氣或氬氣作為保護氣體對添加劑制造17 -4 PH不銹鋼的最終機械性能的影響。

“通過調查各種工藝參數，掃描策略和建筑物定向效應，已經做了很多努力來優化和改善AM部件的機械性能。”研究人員表示。

“引入保護氣體是另一個重要參數，它不僅影響制造部件的熱物理性能，還影響制造部件的機械性能。保護氣體負責去除熔池周圍的活性氣體，以防止與大氣反應產生不利影響。像氧氣這樣的氣體在選擇合適的保護氣體時，必須考慮各種因素，例如氣體與熔池的基礎材料和化學冶金反應。

研究了各種保護氣體如氮氣，氬氣和氦氣對碳鋼，不銹鋼和鋁合金等不同材料的行為的影響。研究人員的研究重點是“通過在典型的L-PBF條件下模擬單個軌道來模擬17-4 PH SS的熱響應，同時考慮不同保護氣體的對流傳熱”。進行了數值研究，以獲得在激光粉末床熔融過程中在氬氣和氮氣保護氣體下制造的部件的溫度，溫度梯度和冷卻速率。進行顯微硬度測試和拉伸測試以確定3D打印部件在不同保護氣體下的機械性能。得出以下結論：
1、氮氣氛沿著軌道引入略低的溫度和溫度梯度，同時冷卻速率高于氬氣氛。研究人員將此歸因于氮氣的較高導熱系數。
2、當氮氣用作保護氣體時，更多的能量應從軌道消散到環境中。這是由于使用氮氣時提供的冷卻速率更高。
3、在氮氣保護氣體下制造的試樣的硬度略高于在氬氣下制造的試樣的硬度。這歸因于由于在氮氣氛下提供的較高冷卻速率而獲得的更精細的微結構。
4、“HT-Ar/Ar試樣的硬度高于HT-Ar/N2試樣。這是由于在氬氣氛下制造的奧氏體基體與馬氏體微觀結構相比具有更高的沉淀硬化能力。

在所有測試條件下，拉伸行為的變化最小。然而，在氮氣氛下3D打印的樣品具有稍高的強度和延展性。

該研究可以提供有價值的見解，以更好地避免添加制造部件中的缺陷，例如孔隙率和缺乏熔合。特別是金屬添加劑制造是一種非常精確的科學，涉及大量的化學知識和數學計算，以便為3D打印創造條件。根據研究人員的研究，制造商可能能夠改變3D打印零件的條件，從而獲得更好的整體組件。

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