激光粉末床熔融(SLM)加工新型高合金工具鋼的加工性能和開(kāi)裂行為（1）

來(lái)源：長(zhǎng)三角G60激光聯(lián)盟

導(dǎo)讀：本文為大家分享采用激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)制備新穎的合金工具鋼的過(guò)程中可加工性和開(kāi)裂行為機(jī)理，本文為第一部分。


關(guān)于工具應(yīng)用，激光粉末床熔化(LPBF)實(shí)現(xiàn)了新的功能，例如可以在切割或成型工具中實(shí)施的內(nèi)部冷卻通道。因此，由于更有效的冷卻，更高的切割速度是可行的，這是用傳統(tǒng)方法制造的通道所不能獲得的。然而，用于生產(chǎn)切削工具的合金通常含有高含量的碳，由于其高裂紋敏感性，這使得它們的LPBF加工性具有挑戰(zhàn)性。在這項(xiàng)工作中，采用了一種基于使用基本物理/經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)的方法來(lái)繪制六種新型高合金工具鋼的可加工性。設(shè)計(jì)了一個(gè)具有可變能量密度、單程和雙程以及不同焦點(diǎn)的大型實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示出高度致密但有裂紋的部分。特別是，LPBF的可加工性能隨著碳含量的增加而惡化，這表明在LPBF可行性的確定中，主要是化學(xué)成分而不是工藝參數(shù)起著關(guān)鍵作用。冷卻速率、800℃和500℃之間的冷卻時(shí)間、當(dāng)量碳含量、凝固間隔、馬氏體開(kāi)始溫度和體積能量密度被用作提供可加工性快速分類(lèi)的指標(biāo)。研究表明，綜合使用這些指標(biāo)可以更好地解釋含碳工具鋼的開(kāi)裂行為。在篩選層面上，這種基于物理/經(jīng)驗(yàn)工具互補(bǔ)使用的方法可以顯著縮短新成分設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)工作，尤其是在處理含碳工具鋼等易開(kāi)裂合金時(shí)。

1.背景介紹
激光粉末床熔融(LPBF)工藝的逐層沉積特性使得切割和成形工具具有新的復(fù)雜幾何形狀，這是傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)，利用LPBF工藝制造工具已經(jīng)變得越來(lái)越有吸引力，因?yàn)樵摴に囋试S實(shí)現(xiàn)具有內(nèi)部冷卻通道的近終形工具，以通過(guò)更高的切削速度來(lái)增強(qiáng)熱控制和生產(chǎn)率，或者具有輕質(zhì)設(shè)計(jì)，以改善切削操作期間的振動(dòng)控制。Fayazfar等人在2018年研究了幾種鐵合金的LPBF加工性能。然而，在科學(xué)文獻(xiàn)中，很少有著作關(guān)注工具鋼的LBPF加工性。

根據(jù)Sander等人在2016的研究結(jié)果，高強(qiáng)度和低韌性的工具鋼容易開(kāi)裂，這使得該工藝極具挑戰(zhàn)性。LPBF工藝典型的短相互作用時(shí)間和高冷卻速率導(dǎo)致大的熱梯度，導(dǎo)致具有高強(qiáng)度和殘余應(yīng)力的精細(xì)結(jié)構(gòu)。此外，Saewe等人在2019年指出，在該過(guò)程中形成的溫度梯度會(huì)誘導(dǎo)晶粒沿制備方向優(yōu)先生長(zhǎng)，這會(huì)導(dǎo)致脆性并引發(fā)開(kāi)裂。除此之外，高碳含量和高冷卻速率的結(jié)合導(dǎo)致形成非常精細(xì)和易碎的馬氏體微觀結(jié)構(gòu)。

大多數(shù)科學(xué)出版物都關(guān)注對(duì)遇到的典型缺陷的理解、微觀結(jié)構(gòu)的分析和演變、預(yù)熱的應(yīng)用以及其他減少缺陷和實(shí)現(xiàn)完全致密零件的非常規(guī)策略。在所研究的材料中，M2 HSS、AISI H13 HSS、AISI M50、HS 65-83、FeCrMoVC和FeCrMoVWC的相關(guān)研究最為突出。

可以看出，高速鋼(HSS)的LPBF加工性能研究是有限的。Buls和Humbeeck 在2014年表明制造的零件存在大范圍的開(kāi)裂、分層和變形。為了研究高速鋼低強(qiáng)度耐磨堆焊的可行性，劉等人在2011年認(rèn)為上述缺陷是由于加工過(guò)程中誘發(fā)的高熱應(yīng)力以及合金的高碳含量造成的。同樣，Saewe等人在2020年將開(kāi)裂的原因歸結(jié)為高碳含量和鋼的快速凝固，研究了AISI M50和H65-83的低循環(huán)疲勞可行性。為了抵消這些不必要的缺陷，特別是裂紋，對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱。Buls和Humbeeck和劉等人指出，基板預(yù)熱至473K足以獲得無(wú)裂紋的高速鋼零件。此外，Saewe等人在2020年利用底板預(yù)熱至773 K，獲得了LPBF HS65-83和AISI M50的無(wú)裂紋試樣。這證實(shí)了基板預(yù)熱的有益效果來(lái)自于零件內(nèi)部溫度梯度的降低。

另一方面，多項(xiàng)工作涉及AISI H13的LPBF可行性，AISI H13是一種廣泛用于熱加工工具應(yīng)用的通用Cr-Mo工具鋼。Krell和Mertens等人指出，由于碳含量、快速凝固和馬氏體形成引起的額外應(yīng)力的結(jié)合，鉻鉬工具鋼表現(xiàn)出復(fù)雜的加工行為，經(jīng)常導(dǎo)致裂紋和變形。Narvan等人在2019年報(bào)告稱(chēng)，無(wú)論何時(shí)采用基板預(yù)熱，AISI H13零件內(nèi)部的裂紋都會(huì)顯著減少，通常達(dá)到573k。Yan等人在2017年觀察到，無(wú)論何時(shí)采用基板預(yù)熱，零件中的殘余應(yīng)力都會(huì)減少。Beal等人在2008年研究了掃描策略對(duì)AISI H13可加工性的影響，將其作為降低熱應(yīng)力、孔隙率和收縮率的替代解決方案。

Sander等人在一些其他出版物針對(duì)Fe85Cr4Mo8V2C1、Fe85Cr4Mo8V1C1和FeCr4Mo1V1W8C1的LPBF可加工性的證明，使用預(yù)熱至773 K的基板可以獲得高度致密且無(wú)裂紋的零件。由于碳含量較高，微結(jié)構(gòu)通常由馬氏體、殘余奧氏體和碳化物組成。此外，LPBF的高冷卻速率誘導(dǎo)出非常精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，通常在熱流方向上具有拉長(zhǎng)的晶粒。這與所有其他作品是一致的，盡管材料的成分不同。

最近，Platl等人研究了高碳含量的冷作工具鋼的LPBF，并研究了缺陷結(jié)構(gòu)的演變。在不同的能量輸入下，觀察到廣泛的開(kāi)裂和孔隙。根據(jù)Cunningham等人的工作，在低能條件下，由于粉末熔化不充分(缺乏熔化機(jī)制)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生孔隙。相反，正如Martin等人所觀察到的，在高能條件下，由于熔池中的氣體截留(小孔機(jī)制)，可能會(huì)形成孔隙，這主要與熔池不穩(wěn)定性有關(guān)。關(guān)于主要的開(kāi)裂機(jī)制，發(fā)現(xiàn)凝固結(jié)構(gòu)和潛在應(yīng)力累積之間存在明顯的相關(guān)性，這是由LPBF期間復(fù)雜的熱循環(huán)引起的。

圖0. 各種研究工藝-組織-性能的案例示意圖

文獻(xiàn)的主要結(jié)果指出，由于開(kāi)裂這一現(xiàn)象，工具鋼的LPBF仍然具有很高的挑戰(zhàn)性，這可能是由不同的因素引起的。很大一部分研究是基于傳統(tǒng)工具鋼開(kāi)始的不同化學(xué)成分的重復(fù)。簡(jiǎn)單的分析和經(jīng)驗(yàn)工具將對(duì)下一代工具鋼的成分發(fā)展有很大的幫助。LPBF中采用的材料的化學(xué)性質(zhì)通常來(lái)自通過(guò)傳統(tǒng)制造工藝(例如鑄造)加工的合金。相反，在LPBF過(guò)程中，快速冷卻和凝固可能導(dǎo)致與脆性相的形成以及高內(nèi)應(yīng)力相關(guān)的缺陷。

在材料開(kāi)發(fā)層面，一個(gè)解決方案是通過(guò)大規(guī)模實(shí)驗(yàn)計(jì)劃以迭代方式測(cè)試每種新合金。這種方法基于大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，應(yīng)輔以分析工具，以減少工藝迭代，并為合金設(shè)計(jì)的進(jìn)一步步驟提供借鑒。工具鋼的可加工性確實(shí)是先進(jìn)制造技術(shù)的當(dāng)前主題之一，可以通過(guò)結(jié)合Smith等人討論的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)解決。Yan等人證明了快速計(jì)算分析工具的使用可用于建立工藝、材料、性能關(guān)系，尤其是在涉及大型實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)。正如Kouraytem等人所討論的，結(jié)合物理和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，結(jié)果也可以更好地解釋不同的合金等級(jí)和LPBF機(jī)器類(lèi)型。據(jù)作者所知，以前沒(méi)有工作試圖評(píng)估使用已知的快速分析和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算作為新合金(特別是工具鋼)的LPBF加工性能指標(biāo)的可行性。

本文研究了六種新型高合金工具鋼LPBF工藝的可行性。特別是，對(duì)開(kāi)裂行為進(jìn)行了調(diào)查。使用能夠處理少量粉末的工業(yè)LPBF系統(tǒng)，將具有可變能量密度、通過(guò)次數(shù)和焦點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)應(yīng)用于所有材料組合物。在提出的指標(biāo)中，評(píng)估了冷卻速率(K/s)、冷卻時(shí)間(s)、馬氏體開(kāi)始溫度(K)、凝固間隔(K)和體積能量密度(J/mm3)。裂紋密度與工藝參數(shù)以及分析和經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)相關(guān)。這些結(jié)果也被用來(lái)解釋缺陷的形成機(jī)制。

2.物理和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/strong>

在本節(jié)中，介紹了用于繪制所研究合金的LPBF可行性的物理和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。由于推�?dǎo)過(guò)程中采用的假設(shè)可能是物理的或經(jīng)驗(yàn)的，因此每個(gè)模型的適用性都是有限的。

等效碳含量(CEN)用于預(yù)測(cè)熱影響區(qū)淬透性和冷裂敏感性。Ouden和Hermans指出，這一經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)考慮了碳和其他合金元素對(duì)冷卻過(guò)程中脆性相變風(fēng)險(xiǎn)的影響。在焊接過(guò)程中，CEN越高，焊接操作就越有挑戰(zhàn)性。大約0.45的閾值基本上表示良好的可焊性。

馬氏體開(kāi)始溫度(Ms)決定了第一次馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)只考慮鋼的成分中合金元素的影響。取決于組成，該溫度可以低于環(huán)境溫度，表明在環(huán)境溫度下馬氏體抑制。Platl等人提出的經(jīng)驗(yàn)公式(MS0、MS1、MS2—，必須插入合金元素含量百分比)基于預(yù)測(cè)所研究HSS的Ms的熱力學(xué)計(jì)算。然而，他們的研究是在常規(guī)制造的高速鋼上進(jìn)行的，因此，對(duì)于LPBF后的成形狀態(tài)下應(yīng)存在的更高過(guò)飽和狀態(tài)，其適用性有限。

凝固區(qū)間(ΔT)描述了相圖中液相線和固相線之間的溫度范圍。固化間隔越寬，熱裂的風(fēng)險(xiǎn)越高。因此，通過(guò)Thermocalc軟件模擬的區(qū)間估計(jì)可以預(yù)測(cè)熱裂敏感性。為了進(jìn)行估算，決定使用沙伊爾·格利佛模型和反向擴(kuò)散模式。使用可獲得的數(shù)據(jù)庫(kù)TCFE9(鋼/鐵合金v9.1)和MOBFE4(鋼/鐵合金遷移率v4.0)設(shè)定合金的組成。決定將凝固冷卻速率設(shè)置為104 K/s，并在液相分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)結(jié)束模擬，以比較不同的化學(xué)組成。在實(shí)驗(yàn)工作中采用的不同加工條件之間，計(jì)算的冷卻速率可能不同。然而，凝固間隔在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)沒(méi)有顯著變化。因此，采用了固定的冷卻速率。

根據(jù)相關(guān)公式，一些指標(biāo)僅取決于成分，例如CEN和質(zhì)譜，而其他指標(biāo)也取決于過(guò)程參數(shù)。與工藝參數(shù)相關(guān)的指標(biāo)，即Δt8/5、CR和E，是針對(duì)每次激光掃描單獨(dú)計(jì)算的。這些模型適用于實(shí)驗(yàn)研究中采用的脈沖波(PW)激光發(fā)射模式。必須注意的是，這些指標(biāo)都不是為L(zhǎng)PBF工藝開(kāi)發(fā)的，在LPBF工藝中，典型的冷卻速率比傳統(tǒng)焊接工藝中經(jīng)歷的冷卻速率快一至兩倍數(shù)量級(jí)。

3.材料和方法

3.1.激光粉末床聚變系統(tǒng)

在整個(gè)工作中使用了工業(yè)LPBF系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備有Yb:玻璃單模光纖激光源，工作波長(zhǎng)為1070 nm，最大功率為200 W，焦點(diǎn)位置的光束直徑為70 μm。激光源通過(guò)功率調(diào)制以脈沖波(PW)發(fā)射工作，以實(shí)現(xiàn)微秒長(zhǎng)的脈沖。激光器以確定的功率(P)水平和曝光時(shí)間(ton)發(fā)射，恒定的掃描運(yùn)動(dòng)發(fā)射具有確定的點(diǎn)距(pd)的脈沖。一旦線被掃描，激光跳轉(zhuǎn)到一個(gè)相鄰的掃描向量，間隔一個(gè)影線距離(hd)。在層完成后，粉末床以確定的層厚度(z)下降。激光焦點(diǎn)位置(f)也可以相對(duì)于粉末床進(jìn)行調(diào)整。該系統(tǒng)在受控的環(huán)境中運(yùn)行。在構(gòu)建過(guò)程之前，該室充滿具有15毫巴過(guò)壓的Ar，并且氧含量保持在1000ppm以下。LPBF系統(tǒng)配備了一個(gè)縮減制造體積(RBV)平臺(tái)，該平臺(tái)將可用制造體積限制為78×78×50 mm3，用于使用少量粉末測(cè)試新合金。

3.2.材料

在本研究中，加工了六種新型高合金工具鋼。原料通過(guò)粉末霧化生產(chǎn)。粉末的掃描電子顯微鏡(SEM，Tescan Clara設(shè)備，加速電壓為15 kV，工作距離為15 mm)圖像以二次電子檢測(cè)模式顯示在圖1中。粒度測(cè)量顯示，粉末粒度在15-45微米之間，并且顆粒具有很少的衛(wèi)星的球形形狀，沒(méi)有內(nèi)部孔隙，并且以樹(shù)枝狀凝固結(jié)構(gòu)為特征。

Danninger等人將合金A描述為一種無(wú)碳工具鋼，其成分適合切削應(yīng)用。另一方面，Platl等人研究了合金B(yǎng)(一種冷加工工具鋼)的LPBF加工性能；c–F是含碳量高的高速鋼。合金用字母表示，按碳含量的升序排列。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，除了使用傳統(tǒng)的低碳鋼板的合金A之外，還使用了與所研究合金具有相似化學(xué)成分的傳統(tǒng)熱等靜壓和軟退火基板。

3.3.實(shí)驗(yàn)方法

為了研究工具鋼的LPBF可行性，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，包括使用多道次和散焦作為潛在策略來(lái)降低高熱梯度，從而降低開(kāi)裂傾向。用恒定的激光功率和層厚(分別為200 W和40微米)構(gòu)建尺寸為5×5×5 mm3的立方體樣品。決定改變焦點(diǎn)位置(f)、通過(guò)次數(shù)(N)和能量密度(E)。采用多次掃描策略作為緩解裂紋的手段。在多次掃描之間，掃描方向改變了90度，這與德米爾和普雷維塔利(2017年)之前的工作相同。能量密度被平均分成通過(guò)的次數(shù)。因此，在單次通過(guò)時(shí)，全部能量密度被釋放，而在兩次通過(guò)時(shí)，每次通過(guò)一半的能量密度被釋放。散焦條件下(f=3毫米)的光束直徑估計(jì)為290微米。第二次焊道的使用可以通過(guò)重熔操作來(lái)填充先前產(chǎn)生的裂紋。使用散焦光束有利于避免光束中心周?chē)�的高�?qiáng)度，這可能沿著熔池產(chǎn)生較大的溫度梯度。實(shí)驗(yàn)計(jì)劃適用于每種合金，結(jié)果“材料”被視為一個(gè)塊因素。對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件，從初步實(shí)驗(yàn)開(kāi)始計(jì)算工藝參數(shù)的值。

圖0-1. 工具鋼中進(jìn)行激光選區(qū)熔化的時(shí)候得到的各種缺陷

將樣品從基板上取下，然后嵌入樹(shù)脂中，并按照常規(guī)的金相分析程序進(jìn)行拋光。用光學(xué)顯微鏡拍攝沿構(gòu)建方向的金相橫截面的顯微照片。這些圖像用于測(cè)量相對(duì)密度(RD)和裂紋密度(CD)。必須將裂紋和相對(duì)密度分別視為缺陷分布、裂紋和孔隙率的指標(biāo)。如圖2所示，在應(yīng)用適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾程序后，大塊區(qū)域呈現(xiàn)黑色，而孔隙呈現(xiàn)白色。

圖1.顯示所用粉末球形形態(tài)的SEM圖像，字母表示合金類(lèi)型，每一個(gè)字母代表一種類(lèi)型的合金粉末。

事實(shí)上，LPBF部件中缺陷的正確重建是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。使用光學(xué)顯微鏡圖像的測(cè)量策略被認(rèn)為是最好的折衷方案。使用阿基米德方法測(cè)量孔隙率會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)槿绻�使用水測(cè)量的時(shí)候，在測(cè)量過(guò)程中裂縫中可能會(huì)有氣體滯留和腐蝕。X射線斷層掃描是一種可能的途徑，它需要高分辨率和專(zhuān)用的圖像處理算法來(lái)區(qū)分不同的缺陷類(lèi)型，這不是這項(xiàng)工作的主要目標(biāo)。對(duì)裂縫密度進(jìn)行方差分析(ANOVA),作為主要調(diào)查結(jié)果。分析中采用了α=5%的統(tǒng)計(jì)顯著性水平。

采用工藝參數(shù)計(jì)算每道次的冷卻速率CR和時(shí)間Δt8/5。Thermocalc軟件用于估計(jì)所研究合金的凝固區(qū)間。使用可獲得的數(shù)據(jù)庫(kù)TCFE9(鋼/鐵合金v9.1)和MOBFE4(鋼/鐵合金遷移率v4.0)設(shè)定合金的組成。冷卻速率、時(shí)間和凝固間隔的計(jì)算未經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但用于不同合金類(lèi)型之間的比較。此類(lèi)計(jì)算Saewe等人先前已在文獻(xiàn)中用于評(píng)估LPBF材料的可加工性。這些參數(shù)的驗(yàn)證需要高速成像、溫度記錄或X射線斷層掃描，這些不在本工作的主要目標(biāo)范圍內(nèi)。

計(jì)算的指標(biāo)用于驗(yàn)證與裂紋密度數(shù)據(jù)的任何關(guān)系，以便更好地理解加工性能。

圖2.a)金相橫截面；b)橫截面的黑白轉(zhuǎn)換。


圖3.裂紋擴(kuò)展測(cè)量的細(xì)節(jié)。黃色部分表示裂紋路線，紅色圓圈表示孔隙。

4.結(jié)果

4.1.宏觀外觀

圖4顯示了生產(chǎn)的樣品的宏觀視圖�？梢宰⒁獾剑�材料的加工性能變化很大，特別是加工性能隨著碳含量的增加而降低。可以說(shuō):

1）合金A和B似乎是最易加工的合金，因?yàn)榭床坏胶暧^缺陷。

2）隨著碳含量的增加，合金C、D和E會(huì)出現(xiàn)基板分層、從邊緣開(kāi)始的嚴(yán)重開(kāi)裂和過(guò)度變形。

3）不管實(shí)驗(yàn)條件如何，合金F都是不可加工的。

對(duì)于合金C、D和E，制備工作在80-90層(約3 mm)后中斷，因?yàn)榇蠖鄶?shù)樣品在粉末層上方顯示出突出的邊緣。關(guān)于合金F，建造工作在10-20層之后中斷，因?yàn)閲?yán)重的開(kāi)裂和分層導(dǎo)致建造工作從基板上自發(fā)脫離。因?yàn)閷?duì)于合金F沒(méi)有制備成樣品，所以沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

圖3-0. 在不同工藝條件下得到的樣品的顯微組織


圖4.每種合金的建筑平臺(tái)的俯視圖和后視圖，字母表示合金類(lèi)型。

圖5.就每種合金的相對(duì)密度而言，最差和最佳情況下的金相橫截面比較�！癇D”代表制造方向，而字母表示合金類(lèi)型。

4.2.相對(duì)密度和裂紋密度

圖5顯示了就每種合金的相對(duì)密度而言，最壞和最好情況之間的比較。觀察到在低能量密度條件下缺乏熔合孔，在高能量密度條件下存在小孔孔隙，這與Narvan等人的工作一致。開(kāi)裂行為似乎幾乎與材料的致密化無(wú)關(guān)，并且總是以不同的嚴(yán)重程度存在。圖6顯示了實(shí)驗(yàn)條件的相對(duì)密度(RD)。發(fā)現(xiàn)對(duì)于合金A至e可以生產(chǎn)RD > 99 %的零件。結(jié)果表明，采用聚焦或散焦光束的單次或兩次通過(guò)策略，用正確的能量密度可以實(shí)現(xiàn)充分的致密化。

圖6.相對(duì)密度是每種加工合金的工藝參數(shù)的函數(shù)。


圖7.就每種合金的裂紋密度而言，最差和最佳情況下的金相橫截面比較�！癇D”代表制造方向，而字母表示合金類(lèi)型。

在圖7中，提供了每種合金在裂紋密度方面的最壞和最好情況之間的比較。合金A(無(wú)碳)和含碳鋼之間的裂紋形態(tài)不同。對(duì)于合金A，裂紋垂直于制造方向擴(kuò)展，而對(duì)于其他碳鋼，裂紋傾向于在截面內(nèi)部產(chǎn)生連貫的網(wǎng)絡(luò)。裂紋擴(kuò)展可以沿著制造方向或者垂直于制造方向擴(kuò)展�？梢钥闯�，對(duì)于合金C、D和E，裂紋形成在所有實(shí)驗(yàn)條件下都很強(qiáng)烈，這意味著工藝參數(shù)不足以消除這種缺陷。在合金F的情況下，在大的實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)沒(méi)有獲得完好的樣品，這表明該材料由于其化學(xué)組成總體上不適合該工藝。另一方面，參數(shù)降低缺陷強(qiáng)度的有效性需要對(duì)裂紋密度進(jìn)行更詳細(xì)的分析。

圖8.裂紋密度是每種加工合金的工藝參數(shù)的函數(shù)。

圖8示出了裂紋密度(CD)的單個(gè)值圖，其結(jié)果是實(shí)驗(yàn)條件的函數(shù)�？梢钥闯�，CD可以達(dá)到高達(dá)2 mm/mm2的極端嚴(yán)重程度。在所分析的因素中，合金類(lèi)型的影響似乎最大，隨著能量密度的增加，可以觀察到CD的總體降低。圖9.a顯示了CD數(shù)據(jù)的主要影響圖�？梢钥闯觯�材料對(duì)裂紋密度的影響最大，而N和f的影響較小。在圖9b中，提供了交互圖。在圖中的每個(gè)方框中，CD數(shù)據(jù)顯示為兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)，允許可視化它們之間可能的相互作用�；�本上，一個(gè)參數(shù)在yaxis上的連續(xù)變量上提供，第二個(gè)參數(shù)在不同的行中提供。當(dāng)兩個(gè)參數(shù)一起改變時(shí)，交互圖提供了響應(yīng)變化的直觀表示。平行線表示沒(méi)有相互作用，交叉線表示可能存在相互作用。雖然材料是分析中的塊因素，但其可能的相互作用通過(guò)相互作用圖進(jìn)行檢查。值得注意的是，合金A的行為不同于其它合金，在其它合金中，能量密度的增加會(huì)增加裂紋密度。對(duì)于其余的合金，相互作用圖表示裂紋隨著總能量密度的增加而減少。這些觀察表明了工藝參數(shù)對(duì)裂化強(qiáng)度的影響，此外還表明了材料化學(xué)成分和能量輸入要求之間可能的相互作用。

文章來(lái)源：Processability and cracking behaviour of novel high-alloyed tool steels processed by Laser Powder Bed Fusion,Journal of Materials Processing Technology,Volume 302, April 2022, 117435,https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117435
參考資料：1.Saewe, J., Gayer, C., Vogelpoth, A. et al. Feasability Investigation for Laser Powder Bed Fusion of High-Speed Steel AISI M50 with Base Preheating System. Berg Huettenmaenn Monatsh 164, 101–107 (2019). https://doi.org/10.1007/s00501-019-0828-y
2.Modeling process–structure–property relationships in metal additive manufacturing: a review on physics-driven versus data-driven approaches,Journal of Physics: Materials, Volume 4, Number 3,Citation Nadia Kouraytem et al 2021 J. Phys. Mater. 4 032002
3.Defects in a Laser Powder Bed Fused Tool Steel.13 October 2020,https://doi.org/10.1002/adem.202000833,Advanced Engineering Materials.