第15卷 第4期
摘要：激光增材制造技术成形的制件具有自由度大、精度高、质量和性能好等优势，随着该技术的日益发展，其在不锈钢材料领域取得了显著的进展。激光增材制造技术成形不锈钢通常呈现出与传统制备工艺显著不同的非平衡凝固组织，表现出复杂的结构特征，而这些特征决定了合金的性能和应用。介绍了激光熔 化沉积和选区激光熔化两种激光增材制造技术，选择典型的 316L 不锈钢及 17−4PH 不锈钢，综述了激光增材制造不锈钢凝固组织特征的研究现状，重点关注典型多尺度、层次性的组织结构（包括晶粒、宏观缺陷、熔池组织、胞状亚结构、氧化物夹杂等）。系统分析了激光增材制造不锈钢的组织调控方法，包括调整工艺参数、改变工艺环境及热处理等方式，通过组织调控能够影响晶粒的生长及熔池反应，进一步改善其内部微观组织，如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等，同时能促进不同相的析出和转变。通过合理地调控凝固组织，能够显著改善不锈钢的组织及机械性能。最后，对激光增材制造不锈钢的未来发展进行了展望。
图1 SLM 316L 不锈钢多尺度宏微观组织
图4 SLM 316L 不锈钢中胞状亚结构形貌及其形成机制示意图
图5 不同激光扫描速度下 SLM 316L 不锈钢胞状亚结构形貌
总结：
综述了激光增材制造不锈钢的凝固组织结构特征，详细论述了目前通过调整工艺参数、工艺环境， 以及热处理等方式以实现对凝固组织进行调控的方法。
1）激光增材制造技术具有逐层沉积、快速凝固的特点，可赋予零件独特的组织特征，呈现为多尺度的非平衡组织，如不规则晶粒、胞状亚结构及高密度位错等，是传统加工方式无法获得的。
2）孔隙、分层和球化是激光增材制造不锈钢中常见的缺陷类型，氧化物夹杂的主要来源是不锈钢原料中的氧化物，应选择合适的工艺参数及后处理方式以有效减少或避免缺陷。
3）细小的等轴亚晶粒围绕着粗大的柱状晶是激光增材制造不锈钢中主要微观结构特征之一，而增材制造过程中的散热方向决定了晶粒的生长方向。
4）通常在增材制造奥氏体不锈钢中可得到精细的胞状亚结构。相邻胞状亚结构之间微小的位向差会导致大量位错偏聚在胞壁，形成位错胞结构，提高制样综合力学性能，但其形成原因和强化机制有待进一 步研究。
5）目前主要通过改变工艺参数和工艺环境，以及制件热处理等方式对增材制造不锈钢凝固组织进行调控，可影响晶粒生长、熔池反应，进一步改善其内部微观组织，如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等，同时能促进不同相的析出和转 变，实现组织优化和性能提高。在激光增材制造不锈钢的过程中，由于快速冷却和逐层凝固的特点，熔池内部有着复杂的热循环，且温度场极其复杂，需重点研究微熔池冶金行为，这对解释位错、胞状亚结构等微观组织的形成以及指导激光增材制造不锈钢微观组织的调控具有重要意义。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.014
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
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