2024-11-21
Сильное дробеструйное упрочнение: многообещающее решение для смягчения коррозионного растрескивания под напряжением в отжигаемой в растворе нержавеющей стали LPBF 316 l.
21 ноября 2024 г.
Сильное дробеструйное упрочнение: многообещающее решение для смягчения коррозионного растрескивания под напряжением в отжигаемой в растворе нержавеющей стали LPBF 316 l.
Лазерная плавка порошкового слоя (LPBF) эффективно изготавливает сложные компоненты из нержавеющей стали 316L, но часто приводит к значительным остаточным напряжениям растяжения и анизотропным микроструктурам, что ухудшает механические характеристики. Отжиг в растворе при 1050–1100 °C уменьшает анизотропию и смягчает эти напряжения, но может снизить стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC). Поэтому в данном исследовании отжиг в растворе был объединен с интенсивной дробеструйной обработкой (SSP) для улучшения свойств поверхности и устойчивости к SCC.
Несмотря на эти преимущества, недавние исследования вызвали опасения относительно влияния высокотемпературного растворного отжига на коррозионную стойкость нержавеющей стали 316L к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC). SCC — это критический режим разрушения, при котором совместное действие растягивающих напряжений и коррозионной среды приводит к образованию и росту трещин, что особенно проблематично в средах с высоким содержанием хлоридов, характерных для морских и химических процессов. Хотя отжиг в растворе снижает остаточные напряжения и гомогенизирует микроструктуру, он также может снижать стойкость к SCC из-за изменений в микроструктурных характеристиках, которые влияют на возникновение и распространение трещин.
Для повышения механических характеристик и стойкости к коррозионному растрескиванию в данном исследовании изучается комбинированное использование отжига в растворе и интенсивного дробеструйного упрочнения (SSP) в качестве методов последующей обработки. SSP представляет собой усиленную форму традиционной дробеструйной обработки, характеризующуюся увеличенным временем воздействия и более высокой интенсивностью ударов дроби. Эта механическая обработка поверхности создает слой сжимающих остаточных напряжений на поверхности и подповерхностных областях материала, противодействуя растягивающим напряжениям, которые способствуют распространению трещин, и повышая стойкость к SCC. В данном исследовании образцы LPBF 316L, напечатанные на 3D-принтере, подвергались отжигу в растворе при температуре 1100 °C, а затем — дробеструйной обработке SSP. Результаты данного исследования призваны обеспечить всестороннее понимание того, как комбинированная термическая и механическая обработка может синергетически улучшить характеристики нержавеющей стали LPBF 316L.
Выводы
Термическая обработка при 1100 °C значительно снизила растягивающие напряжения, а последующая обработка SSP вызвала благоприятные сжимающие напряжения, превышающие −750 МПа, что имеет решающее значение для улучшения целостности материала и замедления распространения трещин.
SSP увеличил микротвердость поверхности до 473 HV0,05 с 171 HV0,05 образца HT1100, повысив прочность материала вблизи поверхности.
SSP после HT1100 снизил шероховатость поверхности с 11,8 мкм до 5,1 мкм, тем самым уменьшив количество мест возникновения трещин.
SSP вызвал утончение зерна на поверхности и под поверхностью, что имеет решающее значение для замедления возникновения трещин.
Эти модификации не только упрочняют материал против механических повреждений, но и снижают уязвимость, приводящую к коррозионному растрескиванию под напряжением, тем самым продлевая срок службы и повышая надежность компонентов, подвергающихся жестким эксплуатационным условиям.
