增材制造(AM)技术因其能够从数字模型中制造复杂的三维物体而在许多行业(如航空航天和医疗)中被广泛应用。
在本例中,采用激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺中的粉末床熔融技术,生产用于医疗植入体的奥氏体不锈钢。所使用的设备为400W单激光器的选择性激光熔化设备SLM125。随后,依据DIN 50125标准对样品进行拉伸试验。
研究材料内部的孪晶界和晶粒尺寸的空间变化,有助于更好地理解制造工艺对最终产品力学性能(如强度和延展性)的影响。为此,EBSD是一种必不可少的分析技术,可用于研究金属和合金微观结构的变化。
因此,我们在常规拉伸试验后进行了超大面积的EBSD分析:仅需一次设置,设备即可按顺序自动测量拼接500张图(总计2.4亿个点),测量了整个样品的织构变化。测量完成后,数据自动保存,EBSD探测器自动收回,电子束自动关闭。
成功进行大面积EBSD分析的先决条件是需要一个平整样品,并且以EBSD花样信号最弱的位置(即变形最强的区域)为基准设置信号参数。
如果样品表面并非绝对平整,并且在测量过程中无法补偿对焦,我们建议在信号最弱且中等形貌高度的区域设置EBSD信号。这样我们仍然可以使用我们的EBSD系统(QUANTAX EBSD)对样品其他区域进行标定,因为该系统能够标定略微饱和过曝的花样。
在ARGUS™取向衬度图(图1)以及EBSD取向图(图2和图3)中,奥氏体的滑移和孪晶变形机制清晰可见。在图2中,可以看到晶粒择优取向的突然变化(IPFx中取向从绿色变为蓝色,):当应变达到特定值时,会引发特定的初始取向的最大旋转角度。[1] 已有研究显示,在单轴拉伸至14%应变时,变形奥氏体中也表现出相同的趋势。[2]
当我们放大观察微观结构(图3)时,可以看到典型的变形奥氏体钢的晶界分布。图中高密度的小角度晶界(LAB)表明,样品在增材制造(AM)过程及后续的拉伸测试中经历了高冷却速率和高应变速率。此外还可见样品中存在较高比例的孪晶界(TB),这些孪晶界是在上述两种工艺测试过程中形成的。
[1]: Wansong Li et. al, Materials Characterization 163 (2020) 110282
[2]: K. Yvell et. al, Materials Characterization 135 (2018) 228-237
Sample courtesy of Dr.-Ing. Kristina Roder, Research assistant, Chair of Lightweight Structures and Plastics Processing, Technical University of Chemnitz (Germany).