Journal of Materials Research and Technology-JMR&T｜6.7｜新锐分区1区｜ Q1｜
导读
本研究采用选择性激光熔化（SLM）技术，在不同体积能量密度下成功制备了2205双相不锈钢（DSS），并利用Ansys-APDL准确模拟了SLM过程中的熔池凝固过程。该研究阐明了原位退火时间与DSS熔池凝固过程中奥氏体形成机制之间的关系。研究发现，在恒定体积能量密度下，原位退火时间基本相近；而增加能量密度会延长退火时间，该时间与双相钢中的奥氏体含量呈正相关。通过扫描电子显微镜、电子背散射衍射和透射电子显微镜观察发现，奥氏体主要在相邻铁素体晶粒的相界处形成。此外，利用X射线光电子能谱分析了DSS在Cl−腐蚀过程中形成的钝化膜成分。DSS的耐腐蚀性能由双层钝化膜的形成以及奥氏体与铁素体相之间的电偶耦合协同作用决定。该双层钝化膜由外层的Fe2O3和内层的Cr2O3组成。DSS的强化机制包括细晶强化、固溶强化和位错强化，这些机制之间复杂的相互作用共同决定了DSS的整体强度。
主要图表
图1. (a) 双相不锈钢（DSS）粉末的扫描电子显微镜（SEM）图像；(b) DSS粉末的能谱分析（EDS）分布图；(c) 水平取向打印拉伸试样的示意图；(d) 制备样品的宏观位置示意图。
图2. 不同工艺参数下制备的成品DSS光学显微照片。
图3. (a) 样品密度与工艺参数之间的关系；(b) 表面硬度（x–o–z平面）与工艺参数之间的关系。
图4. 不同激光功率与扫描速度组合下沿构建方向的温度分布及熔池尺寸：(a) S1；(b) S2；(c) S3；(d) S4；(e) S5；(f) S6。
图5. 不同激光功率与扫描速度组合下沿构建方向熔池的光学显微照片：(a) S1；(b) S2；(c) S3；(d) S4；(e) S5；(f) S6。
图6。(a)2205DSS在不同工艺参数下的 XRD 形貌；(b)相同条件下奥氏体与铁素体的定量相组成。六个实验组分别标记为S1至S6，对应(a)图所示顺序。
图7. 样品S1–S6的SEM图像及元素分布图结果。
图8. 2205 DSS样品的SEM形貌：(a) S1；(b) S2；(c) S3；(d) S4；(e) S5；(f) S6。
图9.2205DSS样品的 EBSD 结果，包括反极图（IPF）图（a–c）、相位图（Ph）图（e–g）、核平均错向图（Kam）图（h–j）以及晶界（GB）图（k–m）。
图10. 2205 DSS的逆极图（a、c、e）与极图（b、d、f）。
图11.DSS的透射电子显微镜（TEM）结果：(a)样品S4的映射图；(b)样品S5的映射图；(c)S4的 SAED 图；(d)S5中相界区域的 HRTEM 图像及 FFT 。
图12. 2205 DSS在3.5%氯化钠溶液中不同加工条件下的电化学测试结果。
图13 xps分析结果
图14. DSS腐蚀产物中Cr3+与Fe3+的比例。
图15。(a)本研究获得试样的工程应力-应变曲线；(b)试样的极限抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）、均匀伸长率及总伸长率；(c)2205 DSSs中UTS与伸长率关系的总结；(d)2205 DSSs中UTS与奥氏体含量关系的总结。
图16. (a) 样品S3、S4和S5熔池的热循环曲线；(b) 样品S2、S4和S6熔池的热循环曲线。
图17. (a) 晶粒生长机制示意图；(b) 不同样品在固-液相界区域内的温度梯度(G)与凝固速率(R)。
图18. 2205 DSS中腐蚀机理示意图：(a) 被动膜形成；(b) 电偶效应。
图19. 2205双相不锈钢（DSS）试样的拉伸断裂形貌：(a) S2；(b) S3；(c) S4；(d) S5；(e) S6。
主要结论
本研究通过Ansys软件分析了不同工艺参数下2205双相不锈钢凝固过程中熔池尺寸、温度梯度及冷却速率的演变规律。采用选择性激光熔化技术，通过不同工艺参数组合制备了2205双相不锈钢样品。系统研究了体积能量密度及工艺参数（在变化与恒定的体积能量密度条件下）对2205双相不锈钢相组成、微观组织、耐腐蚀性能和力学性能的影响。主要结论归纳如下：
（1）样品致密度受工艺参数显著影响。在激光功率恒定的条件下，过高的体积能量密度会导致小孔缺陷增加，而过低的体积能量密度则会产生未熔合气孔。当体积能量密度恒定而功率水平变化时，样品致密度相近，但耐腐蚀性能和力学性能存在差异。当激光功率为200 W、体积能量密度在105.8至190.5 J/mm³范围内时，选择性激光熔化制备的2205双相不锈钢综合质量最优。
（2）在相同体积能量密度条件下，熔池近乎一致的原位退火时间是导致各样品奥氏体含量保持稳定的关键因素。当体积能量密度变化时，奥氏体含量随原位退火时间延长而逐渐增加。同时，较短的退火时间对应较高的温度梯度/凝固速率比值，这一热力学条件不仅促进了柱状晶的形核与生长，还通过协同调控元素扩散增强了奥氏体的析出。
（3）当激光功率为200 W、扫描速度为583 mm/s时，2205双相不锈钢表现出最优的耐腐蚀性能。双相不锈钢抗Cl−侵蚀的能力取决于致密均匀的钝化膜与奥氏体-铁素体相间电偶耦合的协同作用。这种协同效应导致不同工艺参数下腐蚀性能的差异。具体而言，钝化膜的完整性抑制了Cl−的渗透，而电偶效应促进了铁素体表面钝化膜的自修复，从而增强了抗点蚀能力。
（4）当激光功率为200 W、扫描速度为583 mm/s时，2205双相不锈钢获得最佳的强塑性匹配，其屈服强度达905.48 MPa，延伸率为18.2%。在此参数下，奥氏体与铁素体相通过晶粒细化、位错强化和固溶强化的协同强化作用，结合相界处良好的协调变形能力，在保持优异塑性的同时实现了高强度。
主要信息
Influence of selective laser melting process parameters on the microstructure, corrosion resistance, and mechanical properties of 2205 duplex stainless steel
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.08.043
本文版权归原作者所有，仅供交流学习之用，最终解释权归本公众号（激光制造研究）所有。欢迎课题组招生、文章宣传、招聘等各类信息的投稿（免费）。
