Углубленный анализ легированной стали 24CrNiMo, полученной методом селективного лазерного плавления: взаимосвязь между процессом, микроструктурой и свойствами.

Дата выпуска: 10.04.2026

Технология селективного лазерного плавления (SLM), как высокоточная технология аддитивного производства металлов, постепенно распространяется от титановых сплавов и суперсплавов на более широкий спектр конструкционных сплавов. Недавнее исследование, опубликованное в [ссылка на исследование], Китайский журнал лазеров систематически исследовали влияние параметров процесса селективного лазерного спекания (SLM) на микроструктуру и механические свойства Легированная сталь 24CrNiMo (важнейший материал, широко используемый для тормозных дисков высокоскоростных поездов), обеспечивающий важную техническую основу для его инженерного применения.

1. Уникальная микроструктура сплава 24CrNiMo, полученного методом селективного лазерного спекания (SLM).

Исследование показало, что легированная сталь 24CrNiMo, полученная методом селективного лазерного плавления (SLM), обладает типичными свойствами. двухфазная композитная микроструктура:

• Закалённый мартенситВыступая в качестве матричной фазы, его пластинчатая структура чрезвычайно тонкая, со средней шириной всего лишь… 50 нм. Это прямой результат сверхвысоких скоростей охлаждения (10²~10⁶ К/с), присущих процессу селективного лазерного спекания (SLM).
• Остаточный аустенитПрисутствует в небольших количествах в виде островковых образований внутри Зона теплового воздействия (ЗТВ). Механизм его образования следующий: тепло от вновь осажденных слоев повторно нагревает нижележащие затвердевшие слои до температур выше температуры аустенитизации, и при быстром охлаждении этот аустенит сохраняется.

Эта микроструктура, упрочненная как мелкозернистыми процессами, так и механизмами фазовых превращений, составляет основу ее превосходных механических свойств.

2. Критическая роль параметров процесса: компромисс между плотностью и твердостью.

Мощность лазера (P) и скорость сканирования (v) — две ключевые переменные, определяющие качество конечной детали. Они влияют на микроструктуру и свойства за счет регулирования плотности подводимой энергии, вызывая совершенно разные эффекты.

• Влияние на плотностьУвеличение мощности лазера или уменьшение скорости сканирования увеличивает объем расплавленной ванны и улучшает текучесть расплава, тем самым эффективно уменьшая поры, возникающие из-за «недостаточного спекания». Эксперименты показали, что при параметрах 320 Вт / 750 мм/сПлотность достигла пикового значения. 99,93%.
• Влияние на микротвердость и прочностьОднако чрезмерное потребление энергии — это палка о двух концах. Оно снижает скорость охлаждения и подвергает ранее сформированные слои более сильным термическим циклам, что приводит к:
  1. Укрупнение закаленных мартенситных пластин (от 50 нм до 200 нм).
  2. Расширение зоны термического воздействия.
     Эти два фактора действуют совместно, вызывая Твердость и прочность материала уменьшаются с увеличением подводимой энергии..

3. Оптимизация механических свойств и анализ поведения при разрушении

Исследовательская группа провела испытания на прочность при растяжении при различных параметрах процесса и сравнила их с традиционной литой легированной сталью:

• Оптимальная комплексная производительность: При заданном параметре 320 Вт / 950 мм/сВ результате полученный образец продемонстрировал наилучшее сочетание прочности и пластичности:
  • Предел прочности: 1362 МПа
  • Предел текучести: 1252 МПа
  • Удлинение: 16,2%
• Сравнение с литым материаломДля сравнения, литой сплав 24CrNiMo показал предел прочности на растяжение 1157 МПа, предел текучести 1034 МПа и относительное удлинение 15,4%. Это наглядно демонстрирует, что в пределах соответствующего диапазона параметров процесса SLM полученные детали обладают следующими характеристиками: Комплексные механические свойства значительно превосходят свойства литых материалов..
• Механизм переломаАнализ поверхности излома выявил источник его превосходной пластичности. Во время испытаний на растяжение микротрещины, зародившиеся в высокопрочном, но хрупком отпущенном мартенсите, замедляются при распространении в зону термического влияния, богатую остаточным аустенитом. Это объясняется тем, что аустенит с ГЦК-структурой обладает большим количеством систем скольжения, эффективно поглощая энергию и замедляя распространение трещин, тем самым обеспечивая хорошую пластичность.

Заключение

Данное исследование не только успешно обеспечило высококачественную SLM-формовку легированной стали 24CrNiMo, но, что более важно, установило четкую «процесс-микроструктура-свойство«Цепочка взаимосвязей. Благодаря точному контролю подводимой энергии лазера можно получить идеальную микроструктуру, состоящую из ультратонкого закаленного мартенсита и соответствующего количества остаточного аустенита, обеспечивая при этом высокую плотность, что в конечном итоге приводит к достижению комплексных механических характеристик, превосходящих традиционные процессы литья. Это имеет важное значение для продвижения применения технологии SLM в производстве сложных высокоэффективных стальных компонентов в таких областях, как железнодорожный транспорт и энергетическое оборудование».

О Forgecise

Forgecise является новатором в области аддитивного производства, специализируясь на высокопроизводительном оборудовании, материалах и программных решениях для 3D-печати металлом в промышленном производстве.