2400MPa级超高强钢粉末及SLM成形合金的组织与性能

王帅1，王长军2，果春焕1，3，姜风春1，刘再西2，许帅2毕中南4，杨丽4（1.哈尔滨工程大学烟台研究院；2.钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院；3.哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院；4.钢研国际新材料创新中心（深圳）有限公司）

摘要：折叠屏手机日益轻薄化的发展趋势对3C领域精密转轴部件材料的强度提出了更高要求，但当前用于转轴件生产的金属注塑成型（metal injection molding，MIM）工艺难以同时满足零件的超高强度和良好塑性需求。因此，基于选区激光熔化（selective laser melting，SLM）工艺特点，分别采用真空感应熔炼气雾化（vacuum inductionmelting gas atomization，VIGA）和等离子旋转电极雾化（plasma rotating electrode process，PREP）法制备了2400 MPa级超高强钢粉末，并利用SLM方法成形合金试样。利用SEM（scanning electron microscope）、EBSD（electronbackscatter diffraction）、XRD（X-ray diffraction）等表征技术，对比研究了VIGA 与PREP 2 种超高强钢粉末的特性以及SLM 合金的微观组织与力学性能。研究表明，VIGA 与PREP 超高强钢粉末微观组织均以柱状晶和胞状晶为主，但PREP 粉末具有更低的气体和杂质含量、更优异的松装密度和流动性。由于PREP 制粉工艺极快的冷却速度，使PREP粉末出现晶体择优取向和较少的FCC（face center cubic）相。对SLM成形合金的研究表明，沉积态（as-built，AB态）和热处理态（heat-treated，HT 态）下的VIGA试样的位错密度均高于PREP试样，但由于VIGA粉末氧含量较高，SLM VIGA成形件中存在明显氧化物夹杂，导致材料塑性下降。经固溶时效处理后，PREP-HT试样相较于VIGA-HT试样呈现出显著的晶粒细化，提高了材料的强塑性，实现了抗拉强度2 406 MPa和伸长率4.3% 的良好匹配。研究结果验证了PREP 粉末在SLM超高强钢制备中具有显著优势，为突破3C领域精密零部件的“高强-复杂-轻量化”协同设计瓶颈提供了新的技术路径。

关键词：3C领域；选区激光熔化；2400 MPa级超高强钢；真空感应熔炼气雾化； 等离子旋转电极雾化；微观组织；抗拉强度；伸长率