Analisi approfondita dell’acciaio legato 24CrNiMo formato mediante fusione laser selettiva: relazioni tra processo, microstruttura e proprietà.

Data di rilascio: 10/04/2026

La fusione laser selettiva (SLM), come tecnologia di produzione additiva di metalli ad alta precisione, si sta gradualmente espandendo dalle leghe di titanio e superleghe a una gamma più ampia di leghe ingegneristiche. Uno studio recente pubblicato in Rivista cinese dei laser hanno studiato sistematicamente gli effetti dei parametri del processo SLM sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di acciaio legato 24CrNiMo (un materiale critico comunemente utilizzato per i dischi dei freni dei treni ad alta velocità), che fornisce importanti basi tecniche per le sue applicazioni ingegneristiche.

1. Microstruttura unica del 24CrNiMo formato tramite SLM

Lo studio ha rivelato che l’acciaio legato 24CrNiMo formato tramite SLM presenta una tipica microstruttura composita bifase:

• Martensite temprata: Fungendo da fase matrice, la sua struttura a listelli è estremamente fine, con una larghezza media di solo 50 nm. Questo è il risultato diretto delle altissime velocità di raffreddamento (10²~10⁶ K/s) intrinseche al processo SLM.
• Austenite trattenuta: Presenti in piccole quantità come morfologie simili a isole all’interno del Zona termicamente alterata (HAZ). Il suo meccanismo di formazione è il seguente: il calore proveniente dagli strati appena depositati riscalda gli strati solidificati sottostanti a temperature superiori alla temperatura di austenitizzazione e, in seguito a un rapido raffreddamento, quest’austenite viene trattenuta.

Questa microstruttura, rinforzata sia da meccanismi di grana fine che di trasformazione di fase, costituisce il fondamento delle sue eccellenti proprietà meccaniche.

2. Il ruolo cruciale dei parametri di processo: il compromesso tra densità e durezza

La potenza del laser (P) e la velocità di scansione (v) sono due variabili chiave che determinano la qualità finale del pezzo. Influenzano la microstruttura e le proprietà attraverso la regolazione della densità di energia in ingresso, producendo effetti nettamente diversi.

• Effetto sulla densità: L’aumento della potenza del laser o la diminuzione della velocità di scansione ingrandisce il volume del bagno di fusione e migliora la fluidità del fuso, riducendo così efficacemente i pori di “mancanza di fusione”. Gli esperimenti hanno dimostrato che a parametri di 320 W / 750 mm/s, la densità ha raggiunto un valore massimo di 99,93%.
• Effetto sulla microdurezza e sulla resistenzaTuttavia, un apporto energetico eccessivo è un’arma a doppio taglio. Riduce la velocità di raffreddamento e sottopone gli strati precedentemente formati a cicli termici più intensi, con conseguenti:
  1. Ingrossamento delle lamelle di martensite temprata (da 50 nm a 200 nm).
  2. Allargamento della zona termicamente alterata.
     Questi due fattori lavorano insieme per causare il La durezza e la resistenza del materiale diminuiscono con l’aumentare dell’energia immessa..

3. Ottimizzazione delle proprietà meccaniche e analisi del comportamento a frattura

Il team di ricerca ha testato le proprietà di trazione in base a diversi parametri di processo e le ha confrontate con quelle dell’acciaio legato fuso tradizionale:

• Prestazioni complessive ottimali: Sotto il parametro di 320 W / 950 mm/s, il campione ha raggiunto la migliore combinazione di resistenza e duttilità:
  • Resistenza alla trazione: 1362 MPa
  • Resistenza allo snervamento: 1252 MPa
  • Allungamento: 16,2%
• Confronto con il materiale fuso: Per riferimento, la lega fusa 24CrNiMo ha mostrato una resistenza alla trazione di 1157 MPa, un carico di snervamento di 1034 MPa e un allungamento del 15,4%. Ciò dimostra chiaramente che all’interno dell’appropriata finestra di processo SLM, le parti formate presentano proprietà meccaniche complessive nettamente superiori a quelle dei materiali fusi.
• Meccanismo di fratturaL’analisi della superficie di frattura ha rivelato la fonte della sua eccellente duttilità. Durante le prove di trazione, le microfratture che si innescano nella martensite temprata, ad alta resistenza ma fragile, vengono ostacolate nella propagazione verso la zona termicamente alterata (HAZ) ricca di austenite residua. Ciò è dovuto al fatto che l’austenite con struttura FCC possiede un maggior numero di sistemi di scorrimento, assorbendo efficacemente energia e ritardando la propagazione delle cricche, garantendo così una buona duttilità.

Conclusione

Questo studio non solo ha ottenuto con successo la formatura SLM di alta qualità dell’acciaio legato 24CrNiMo ma, cosa più importante, ha stabilito un chiaro “proprietà della microstruttura del processo“catena di relazioni. Controllando con precisione l’energia laser in ingresso, è possibile ottenere una microstruttura ideale composta da martensite temprata ultrafine e una quantità appropriata di austenite residua, garantendo al contempo un’elevata densità e raggiungendo, in definitiva, prestazioni meccaniche complessive superiori a quelle dei processi di fusione tradizionali. Ciò ha importanti implicazioni per la promozione dell’applicazione della tecnologia SLM nella produzione di componenti in acciaio complessi e ad alte prestazioni in settori quali il trasporto ferroviario e le apparecchiature energetiche.

Di Forgecise

Forgecise è un’azienda innovatrice nel campo della produzione additiva, specializzata in apparecchiature, materiali e soluzioni software per la stampa 3D di metalli ad alte prestazioni, destinati alla produzione industriale.