氩气和氮气等保护气体如何影响3D打印不锈钢

一组研究人员调查了使用氩气或氮气作为保护气体对增材制造17-4PH不锈钢最终机械性能的影响。
通过检查各种工艺参数、扫描策略和建筑定向效应，人们已经做出了许多努力来优化和提高AM部件的机械性能。保护气体的引入是另一个重要参数，它不仅影响制造部件的热物理性能，而且还影响制造部件的机械性能。对于氧气等气体的保护气体，必须考虑各种因素，如气体的基材和熔池的化学冶金反应；
我们研究了氮气、氩气和氦气等各种保护气体对碳钢、不锈钢和铝合金等不同材料行为的影响。研究人员的研究重点是通过模拟典型L-PBF条件下的单个回路来模拟17-4 PH SS的热响应，同时考虑不同保护气体的对流传热。对激光粉末熔化过程中在氩气和氮气保护气体下制造的部件的温度、温度梯度和冷却速率进行了数值研究。进行显微硬度和拉伸测试，以确定3D打印部件在不同保护气体下的机械性能。得出以下结论：
氮气沿着回路引入了略低的温度和温度梯度，而冷却速率高于Argons。科学家们将此归因于氮具有更高的导热性。
2.当使用氮气作为保护气体时，应将更多的能量从电路分散到环境中。这是由于使用氮气提供了更高的冷却速率。
3.在氮气保护气体下生产的样品的硬度略高于在氩气下生产的试样的硬度。这是由于在氮气下具有更高的冷却速率而获得了更精细的微观结构。
“HT Ar/Ar样品的硬度高于HT Ar/N2样品，因为在氩气中产生的奥氏体基体比马氏体的微观结构具有更高的沉淀硬化能力。
在所有测试条件下，牵引性能的变化都很小。然而，在氮气下以3D打印的样品具有略高的强度和延展性。
这项研究可以提供有价值的见解，以更好地避免在制造组件中添加缺陷，如孔隙率和缺乏熔合。特别是在金属添加剂的制造中，这是一门非常精确的科学，涉及大量的化学知识和数学计算，为3D打印创造最佳条件。根据研究人员的研究，制造商可能能够改变3D打印零件的条件，以实现更好的整体组件。