Abstract

The main problem of additively manufactured chromium-nickel austenitic stainless steels is the formation of a two-phase γ-austenite/δ-ferrite dendritic microstructure, which complicates their use and distinguishes them from cast single-phase analogs. The reasons for the formation of a two-phase structure are nonequilibrium solidification conditions, complex thermal history, and melt depletion by austenite-forming elements (nickel and manganese). Therefore, additional nickel alloying under the additive manufacturing of steels can stabilize the austenitic structure in them. In this work, the authors used electron-beam additive production with simultaneous feeding of two wires from austenitic stainless steel Fe-18.2Cr-9.5Ni-1.1Mn-0.7Ti-0.5Si-0.08C wt.% (SS, Cr18Ni10Ti) and alloy 77.7Ni-19.6Cr-1.8Si-0.5Fe-0.4Zr wt.% (Ni-Cr alloy, Cr20Ni80) to obtain two gradient billets. The authors used two wire-feeding strategies (the first one is four layers of SS/one layer of Cr20Ni80; the second one is one layer of SS/one layer of a mixture 80 % SS + 20 % Cr20Ni80). The study identified that the Ni-Cr alloying in the process of electron-beam additive production of SS billets suppressed δ-ferrite formation and contributes to the stabilization of the austenite phase. The deposition of Ni-Cr alloy next to the four layers of SS leads to inhomogeneity of the structure and chemical composition in the billet, low plasticity, and premature failure of these specimens during tensile tests. The sequential alternation of pure SS layers with those of a mixture of wires (80 % SS + 20 % Cr20Ni80) promotes the uniform mixing of two wires components and the formation of a more homogeneous structure in the gradient billet, which leads to an increase in the ductility of the specimens during mechanical tests.

Highlights

  • Для изготовления градиентных заготовок в виде стенок с размерами 110×25×5 мм использовали лабораторную установку для электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП)

  • Независимо от стратегии чередования слоев из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т и сплава Х20Н80 в заготовках, добавление нихрома в процессе электронно-лучевого аддитивного производства нержавеющей стали 08Х18Н10Т способствует стабилизации аустенитной фазы за счет легирования никелем и подавляет образование ферритной фазы в заготовках

  • SEM-images are produced in the secondary electron mode аустенитной фазы за счет легирования никелем независимо от стратегии чередования слоев из аустенитных нержавеющих сталей (АНС) и нихрома в заготовках

Read more

Summary

ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для изготовления градиентных заготовок в виде стенок с размерами 110×25×5 мм использовали лабораторную установку для электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП). При послойном наплавлении градиентных заготовок использовали одновременно два устройства подачи проволоки, что позволило формировать градиентные заготовки без остановки процесса ЭЛАП. Схема формирования градиентных заготовок (стенок) из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т и нихрома при электронно-лучевом аддитивном производстве приведена на рис. Эту последовательность повторяли до получения 25 слоев градиентного материала (далее по тексту эта стратегия роста заготовки обозначена как «4-АНС/1-Х20Н80»). В процессе ЭЛАП два податчика проволоки не только обеспечивали непрерывное осаждение проволок разного состава с чередованием слоев в первой заготовке, но и за счет разных скоростей подачи проволоки поддерживали постоянное соотношение состава слоев из 80 % АНС + 20 % Х20Н80 при изготовлении второй заготовки. 1. Схемы формирования градиентных заготовок (стенок) из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т и сплава Х20Н80 при электронно-лучевом аддитивном производстве: a – стенка «4-АНС/1-Х20Н80»; b – стенка «1-АНС/1-С». Объемное содержание δ-феррита в поперечном сечении ЭЛАП-образцов измеряли с помощью универсального вихретокового прибора МВП-2М с шагом измерения 2 мм

Микроструктура и фазовый состав градиентных заготовок
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Findings
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call