热处理对选区激光熔化制备17-4PH空蚀性能影响

17-4PH(precipitation hardening)不锈钢作为水翼、水轮机等过流部件的常用材料,受到严重空蚀破坏,引发诸多安全问题.传统工艺制备异形、复杂结构零部件存在局限.相比之下,增材制造技术是加工该类零件非常有效的方式.采用选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)制备17-4PH不锈钢,研究固溶+时效处理(1 040 ℃/1 h+480 ℃/4 h)和离子渗氮处理对SLM制备17-4PH不锈钢显微组织和空蚀性能的影响规律.结果表明,由于SLM快速冷却、定向凝固的特点,沉积态保留大量残余奥氏体,包含熔池内部沿构建方向的柱状晶和细小胞状结构.固溶+时效处理后,原熔池边界消失,组织为等轴晶,并且有强化相析出.离子渗氮处理后,试样表面形成约20 μm的氮化物硬质层.离子渗氮处理后,试样的残余奥氏体相对含量由沉积态的13.1％降低至7.5％.除此之外,氮渗入基体材料还导致晶格发生畸变,因此在衍射峰上出现了明显的偏移.空蚀破坏时,裂纹优先在熔道搭接处萌生、扩展.固溶+时效处理后由于熔池、熔道边界消除和强化相析出,经过8 h空蚀破坏,空蚀质量从沉积态7.4 mg减少为5.9 mg;渗氮处理后可在试样表面形成氮化硬质层进一步改善抗空蚀性能,空蚀破坏对试样表面造成损伤较小,导致材料脱落现象最少,空蚀质量损失仅为5.5 mg.