南华大学成功开发高杂质容忍高强韧不锈钢激光增材技术

近日，南华大学机械工程学院邱长军教授团队利用激光熔池急冷诱导碳氧杂质元素形成间隙原子短程有序团簇，产生显著强韧化效应，拓展了激光增材专用高强韧奥氏体不锈钢成分设计新区间，成功开发了高强韧中碳奥氏体不锈钢材料和制备技术，大幅降低了成本。相关原创性研究成果以“An exceptionally strong, ductile and impurity-tolerant austenitic stainless steel prepared by laser additive manufacturing”（激光增材制备高强韧高杂质容忍度奥氏体不锈钢的研究）为题在金属领域国际一流期刊Acta Materialia（《材料学报》，中科院1区，IF：9.209）发表。

▲ 论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118868

....

为间隙杂质强化的激光增材

专用高性能不锈钢材料设计提供科学依据

随着全球激光增材制造的高速发展，各类新技术、新方法、新设备不断涌现，但至今尚未见针对激光增材特点对金属间隙强化元素成分重新调整和设计的报道，如果专用材料设计继续采用传统成形技术必需的间隙杂质苛刻控制要求，将导致增材制造技术装备复杂，成本剧增，工业应用受限。

邱长军教授团队将激光熔池快冷特性和金属间隙固溶强化基本原理相结合，提出了充分利用激光熔池快冷产生“间隙原子过饱和固溶强化”效应的激光增材制造专用材料设计新思路，将传统奥氏体不锈钢中需严控的杂质碳含量提高到0.4~0.46%、杂质氧含量控制在通用技术所及的的<0.055%，研发了激光增材制造专用高强韧奥氏体型中碳铁基合金材料，在确保抗蚀性、韧性不下降前提下，将其抗拉强度从650MPa左右提升至近1GPa，该项研究成果为间隙杂质强化的激光增材专用高性能不锈钢材料设计提供了科学依据。

邱长军教授团队通过多年的研究，形成了涉及高硬耐磨耐蚀不开裂的低硼中碳马氏体型铁合金，超高强韧铁基合金等激光增材制造专用材料设计、制备、成形、性能评价及装备的完整技术新路线，437种材料成分的力学性能数据库，生产拥有自主知识产权的17个牌号粉末，可满足各类钢铁件等增材制造与修复的需要，加速推进了其产业化进程，成果已经应用于能源化工、重载机械、钢铁冶金、航空航天、核工程等领域大型重载关重件的激光增材制造与修复，以及远海、隧道等特殊环境下零部件现场快速激光增材修复。

该项研究成果中，南华大学机械工程学院陈勇副教授和朱红梅教授为论文的共同第一作者，南华大学邱长军教授和南京理工大学沙刚教授为论文的共同通讯作者，南华大学为第一署名单位。

封面来源于图虫创意