新しいマルテンサイト系ステンレス鋼の3Dプリンティング
超高強度マルテンサイト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼より強靭な機械的性質とマルエージング鋼より強靭な耐食性を有し、輸送機器、機械、金型等の分野で広く使用されています。私たちのチームは、LPBFと極低温＋時効熱処理を用いて、新しいタイプの超高強度マルテンサイトステンレス鋼、10Cr13Co13Mo4Ni2NbWを開発しました。この材料は、9.2%の破断伸びを維持しながら、2.1GPaの極限引張強さを達成した。.
化学組成：
本研究では、粒径15～53μmのステンレス鋼粉末を120℃で4時間乾燥した後、LPBFにより作製した。レーザー出力は200W、走査速度は1000mm/s、層厚は0.03mm、走査ピッチは0.07mm、スポット径は0.07mm、1層あたりの回転は67°であった。作製したサンプルは、-196℃で8時間低温処理した後、550℃で10時間エージングした。.
トゥルアーマルテンサイト系ステンレス鋼のSEM写真
プリントしたままのステンレス鋼はオーステナイトを半分(47.7%)含んでいたが、低温および熱処理後は3.52%しか残っていなかった。熱処理後のステンレス鋼は、大規模準安定オーステナイトからマルテンサイトへの変態により、より多くの低角粒界と転位密度を示した。平均粒径は3.75μmから2.73μmに減少した。.
印刷ステンレス鋼の微細構造
熱処理後、マルテンサイト母相と析出相は高強度 をもたらすが、伸びは著しく低下する。オーステナイトは軟質相であるため、熱処理後 のマルテンサイト系ステンレス鋼の強度は、 オーステナイト含有量が減少するにつれて 大幅に増加する。マルテンサイト系ステンレ ス鋼に残留するオーステナイトは、亀裂の伝 播を防止し、亀裂経路を変化させることによ り、塑性を改善することができる。さらに、TRIP効果は、保持されたオーステナ イトの変形中に発生し、破壊を遅らせ、強度と塑性 性の両方を向上させる。その結果、ステンレ ス鋼は熱処理後、強度の増加と塑性の減少を示す。.
機械的性質の比較
熱処理後の破断パターンは、劈開面とピットが混在した破断である。.
低温処理と熱処理中にオーステナイトがマルテンサイトに変態すると、転位密度がさらに増加する。転位は第二相の核生成を促進し、第二相強化による超高強度化をもたらす。理論計算では、降伏強度の増加は主に粒界強化、転位強化、第二相強化によるものである。.
骨折パターン
結論
本研究では、レーザー粉末床溶融と極低温時効熱処理によって製造された、優れた靭性を有する新しい超高強度マルテンサイト系ステンレス鋼を開発した。.
極低温時効処理後、大量のオーステナイトがマルテンサイトに変態し、転位密度は鍛造や圧延に匹敵する。その結果、ラーベス相が形成され、炭化物が析出する。.
研究チームが製造したマルテンサイト系ステンレス鋼は、極限引張強さ2.1GPa、破断伸び9.2%という優れた機械的特性を示した。.
この研究で開発された新しいマルテンサイト系ステンレス鋼は、機械的特性において大きな利点を持ち、強度と靭性のトレードオフを効果的に回避することができる。.
