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查尔姆斯理工大学摘要：尽管激光粉末床熔合 (LB-PBF) 作为一种增材制造技术具有突出地位，但获准用于该工艺的合金数量仍然有限。在传统制造中，铁合金是最常见的合金组，主要由普通碳钢和低合金钢组成。然而，在 LB-PBF 中，铁合金的生产仅限于少数奥氏体/沉淀硬化不锈钢和工具钢。普通碳钢和低合金钢的缺乏源于碳在加工过程中的负面影响，这会促进成品材料内开裂缺陷的形成。因此，为了扩大 LB-PBF 的机会，必须了解如何加工这些含碳铁合金。本研究探讨了各种普通碳钢（0.06 至 1.1 wt.% C）和低合金钢（4130、4140、4340 和 8620）的 LB-PBF 加工性能和微观结构。微观结构分析发现，成品试样由回火马氏体组成，这种回火马氏体是由于 LB-PBF 过程中的初始快速冷却和随后的固有热处理而形成的。此外，在 C 含量≥0.75 wt.% 的合金中观察到残余奥氏体的存在，这是由于马氏体转变温度降低，导致冷却至室温时部分奥氏体未转变。就缺陷而言，成品试样内的孔隙率可能与所选的体积能量密度 (VED) 和合金的碳含量有关。在低 VED 下，试样含有与未熔合孔隙有关的大而不规则的孔隙，而在高 VED 下，试样含有与小孔隙有关的圆形中等大小的孔隙。就碳含量而言，发现增加碳量可减少低 VED 下的未熔合孔隙的数量，而增加高 VED 下的小孔隙的数量。未熔合孔隙的减少是由于熔池的润湿性和流动性改善，而小孔隙的增加是由于碳含量较高导致熔池深度增加。除了孔隙之外，在一些普通碳钢和低合金钢中还观察到冷裂纹，形成于硬度超过某些阈值的试样中：Fe-C 合金为 ≥425 HV，4140 合金为 >460 HV，4340 合金为 >500 HV。增加 VED 或激光功率会降低样品硬度，因为这两个因素都会增强 LB-PBF 的固有热处理。这意味着如果使用足够大的 VED 或激光功率，就可以避免（某些合金中的）开裂。碳含量还会影响成品样品的硬度，从而影响开裂敏感性，这一发现解释了为什么低碳合金（<0.43 wt.% C）在任何测试的 VED 下都不会出现开裂，而高碳合金（≥0.75 wt.% C）会在任何测试的 VED 下出现开裂。% C) 在每次测试的 VED 中都出现开裂。利用这些发现，建立了加工窗口，无需预热构建板即可生产出高密度 (>99.8%)、无缺陷的普通碳钢和低合金钢样品。
基于激光的普通碳和低粉末床熔合...
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