氮气、氩气等气体如何影响3D打印不锈钢

一组研究人员近日研究了使用氮气或氩气作为保护气体对添加剂制造17 -4 PH不锈钢的最终机械性能的影响。

“通过调查各种工艺参数，扫描策略和建筑物定向效应，已经做了很多努力来优化和改善AM部件的机械性能。”研究人员表示。

“引入保护气体是另一个重要参数，它不仅影响制造部件的热物理性能，还影响制造部件的机械性能。保护气体负责去除熔池周围的活性气体，以防止与大气反应产生不利影响。像氧气这样的气体在选择合适的保护气体时，必须考虑各种因素，例如气体与熔池的基础材料和化学冶金反应。

研究了各种保护气体如氮气，氩气和氦气对碳钢，不锈钢和铝合金等不同材料的行为的影响。研究人员的研究重点是“通过在典型的L-PBF条件下模拟单个轨道来模拟17-4 PH SS的热响应，同时考虑不同保护气体的对流传热”。进行了数值研究，以获得在激光粉末床熔融过程中在氩气和氮气保护气体下制造的部件的温度，温度梯度和冷却速率。进行显微硬度测试和拉伸测试以确定3D打印部件在不同保护气体下的机械性能。得出以下结论：
1、氮气氛沿着轨道引入略低的温度和温度梯度，同时冷却速率高于氩气氛。研究人员将此归因于氮气的较高导热系数。
2、当氮气用作保护气体时，更多的能量应从轨道消散到环境中。这是由于使用氮气时提供的冷却速率更高。
3、在氮气保护气体下制造的试样的硬度略高于在氩气下制造的试样的硬度。这归因于由于在氮气氛下提供的较高冷却速率而获得的更精细的微结构。
4、“HT-Ar/Ar试样的硬度高于HT-Ar/N2试样。这是由于在氩气氛下制造的奥氏体基体与马氏体微观结构相比具有更高的沉淀硬化能力。

在所有测试条件下，拉伸行为的变化最小。然而，在氮气氛下3D打印的样品具有稍高的强度和延展性。

该研究可以提供有价值的见解，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。特别是金属添加剂制造是一种非常精确的科学，涉及大量的化学知识和数学计算，以便为3D打印创造条件。根据研究人员的研究，制造商可能能够改变3D打印零件的条件，从而获得更好的整体组件。

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