沉淀硬化时效钢由于具有耐腐蚀、强硬度高、耐磨损、韧性好且有良好成型性等独特特性，是船舶产业，汽车工业，高端工模具、生物医学等先进工业应用中的顶级候选材料。为了促进新一代高质量、难加工、多功能精密模具的快速成型及研发推广，省科学院新材料研究所长期致力于激光3D打印沉淀硬化时效钢的工艺开发及才控形控性等方面的研究。先进工模具的服役寿命和可靠性与其加工工艺、后处理方法及相应机械性能密切相关。针对这一问题，省科学院新材料研究所联合法国贝尔福-蒙贝利亚技术大学、特鲁瓦工程技术大学首次报道了3D打印制备新型沉淀硬化钢（CX钢）中析出相的沉淀硬化行为，建立了3D打印CX钢在不同热处理状态下的纳米沉淀-微观组织-宏观性能间的关系，揭示了新型沉淀硬化不锈钢材料优异的使役行为，并就对其一系列问题发表了多篇高水平SCI收录学术论文。
研究人员采用扫描电子显微镜（SEM），X射线衍射（XRD），电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）对SLM CX沉淀硬化钢在原始状态和热处理条件下的显微组织沉淀分布和演变以及力学性能进行了系统研究。SLM CX不锈钢主要由大量的细小马氏体（α'-Fe相）组织和少量的奥氏体（γ-Fe相）组织组成。SLM CX试样沿打印方向的择优晶体学取向为<111>方向。通过采用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）及能量散射X射线谱仪（EDS）标定后发现，无论是原始状态还是热处理后的样品均有大量位错和纳米棒状β-NiAl沉淀物（7–30 nm）分布在低碳马氏体中。经过固溶时效热处理后的SLM CX钢硬度可达510 HV 0.2，其最大抗拉强度（UTS）也从打印制备后的1043 MPa增加到固溶时效热处理后的1601 MPa。通过对工艺模型优化、晶体学取向分析及沉淀硬化析出行为的系统性研究，为进一步开发并使用激光3D打印技术制备高强韧马氏体沉淀硬化钢奠定了丰富实践和理论基础，为大力推广3D打印马氏体沉淀硬化钢在高端工模具中的应用提供支持。
相关研究成果已在Journal of Materials Science & Technology，Materials Science and Engineering: A，Journal of Materials Science等知名学术期刊上发表。
该研究得到广东省自然科学基金、广东省科学院科技发展专项等项目支持。
相关连接：
[1] https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.09.031
[2] https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139227
[3] https://doi.org/10.1007/s10853-020-04566-x
图 1：激光3D打印CX钢理论模型
图 2：激光3D打印CX钢试样不同表面组织织构及晶粒尺寸
图 3：热处理前后激光3D打印CX钢试样沉淀硬化析出行为、机械性能及随形冷却模具
（省科学院新材料所 闫星辰/撰稿）
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