3D-Druck eines neuen martensitischen Edelstahls
Ultrahochfester martensitischer Edelstahl verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften (stärker als austenitischer Edelstahl) und Korrosionsbeständigkeit (stärker als martensitischer Stahl) und wird daher häufig im Transportwesen, in Maschinen, Formen und anderen Bereichen eingesetzt. Unser Team hat eine neue Art von ultrahochfestem martensitischem Edelstahl, 10Cr13Co13Mo4Ni2NbW, unter Verwendung von LPBF und kryogener + Alterungswärmebehandlung entwickelt. Das Material erreicht eine Zugfestigkeit von 2,1 GPa und eine Bruchdehnung von 9,2%.
Chemische Zusammensetzung:
In dieser Studie wurde Edelstahlpulver mit einer Partikelgröße von 15 bis 53 μm 4 Stunden lang bei 120 °C getrocknet und dann mit LPBF bearbeitet. Die Laserleistung betrug 200 W, die Scangeschwindigkeit 1000 mm/s, die Schichtdicke 0,03 mm, der Scanabstand 0,07 mm, der Spotdurchmesser 0,07 mm und die Rotation pro Schicht 67°. Die vorbereiteten Proben wurden 8 Stunden lang bei -196 °C kryogenisch behandelt und anschließend 10 Stunden lang bei 550 °C gealtert.
REM-Aufnahme von Truer martensitischem rostfreiem Stahl
Der rostfreie Stahl im Ausgangszustand enthielt die Hälfte des Austenits (47,7%), aber nach der Tieftemperatur- und Wärmebehandlung blieben nur 3,52% übrig. Nach der Wärmebehandlung wies der nichtrostende Stahl aufgrund der Umwandlung von metastabilem Austenit in großem Maßstab in Martensit eine höhere Anzahl von Korngrenzen mit geringem Winkel und eine höhere Versetzungsdichte auf. Die durchschnittliche Korngröße sank von 3,75μm auf 2,73μm.
Mikrostruktur von bedrucktem rostfreiem Stahl
Nach der Wärmebehandlung sorgen die martensitische Matrix und die ausgeschiedenen Phasen für eine hohe Festigkeit, aber die Dehnung ist deutlich geringer. Da Austenit eine weiche Phase ist, steigt die Festigkeit von martensitischem nicht rostendem Stahl nach der Wärmebehandlung deutlich an, wenn der Austenitgehalt sinkt. Restaustenit in martensitischem nicht rostendem Stahl kann seine Plastizität verbessern, indem er die Rissausbreitung verhindert und die Risswege verändert. Außerdem tritt während der Verformung von Restaustenit der TRIP-Effekt auf, der den Bruch verzögert und sowohl die Festigkeit als auch die Plastizität erhöht. Folglich weist nichtrostender Stahl nach der Wärmebehandlung eine höhere Festigkeit und eine geringere Plastizität auf.
Vergleich der mechanischen Eigenschaften
Das Bruchbild nach der Wärmebehandlung ist ein Mischbruch mit Spaltflächen und Grübchen.
Die Umwandlung von Austenit in Martensit während der Kryogen- und Wärmebehandlung erhöht die Versetzungsdichte weiter. Die Versetzungen fördern die Keimbildung von zweiten Phasen, was durch die Verfestigung der zweiten Phase zu einer extrem hohen Festigkeit führt. Theoretische Berechnungen zeigen, dass der Anstieg der Streckgrenze in erster Linie auf die Verfestigung der Korngrenzen, die Verfestigung durch Versetzungen und die Verfestigung durch die zweite Phase zurückzuführen ist.
Frakturmuster
Schlussfolgerung:
In dieser Studie wurde ein neuer ultrahochfester martensitischer Edelstahl mit ausgezeichneter Zähigkeit entwickelt, der durch Laser-Pulverbettschmelzen und kryogene Wärmebehandlung hergestellt wurde.
Nach der kryogenen Alterung wandelt sich ein großer Teil des Austenits in Martensit um, wobei die Versetzungsdichte mit der beim Schmieden und Walzen vergleichbar ist. Dies führt zur Bildung der Laves-Phase und zur Ausscheidung von Karbid.
Der vom Forschungsteam hergestellte martensitische rostfreie Stahl weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf, mit einer Zugfestigkeit von bis zu 2,1 GPa und einer Bruchdehnung von 9,2%.
Der neue martensitische nichtrostende Stahl, der in dieser Studie entwickelt wurde, bietet erhebliche Vorteile bei den mechanischen Eigenschaften und vermeidet wirksam den Kompromiss zwischen Festigkeit und Zähigkeit.
