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3D打印技術參考注意到，來自南華大學和普渡大學的研究團隊，近日開發(fā)出一種新型的3D打印鋼質(zhì)合金，其成分為Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C（wt.%）。
與當前主流的其他3D打印鋼合金相比，它不需要多步熱處理，也不需要昂貴的合金元素。3D打印完成之后，僅需要簡單的單步回火，就可以使材料獲得超高強度、高延展性，同時材料還具有優(yōu)異的耐腐蝕性。
圖文無關，僅做演示
研究指出，傳統(tǒng)3D打印超高強度鋼通常需要鈷、鉬或高濃度鎳等昂貴元素。制造出的零件必須經(jīng)過復雜的多步爐熱處理（固溶+淬火+多次回火）才能達到目標強度。即使經(jīng)過這些處理，它們?nèi)匀蝗菀资艿礁g。
研究團隊沒有依賴傳統(tǒng)的經(jīng)驗性試錯化學方法，而是從文獻中收集了106組激光3D打印的高強鋼數(shù)據(jù)，并將81種元素的基本物理化學特征（包括原子半徑、電子行為和聲速）輸入到一個可解釋的機器學習算法中，利用模型進行多目標優(yōu)化，確定最佳合金成分和單步熱處理工藝。
該模型最終確定了鐵和鉻的混合物，并添加少量硅、銅和鋁，是理想的合金配方。
通過機器學習實現(xiàn)的多目標優(yōu)化結(jié)果
研究人員采用激光定向能量沉積技術制備了這一新材料，并在480℃下進行單步回火處理6小時。
測試表明，該鋼材能夠承受1713MPa的應力，并在斷裂前拉伸了15.5%。這比其打印狀態(tài)的強度提高了約30%，延展性提高了一倍。研究指出，該新型鋼材的強塑性遠超多數(shù)單步回火鋼，媲美多步回火處理后的鋼材。
沉積態(tài)和回火態(tài)試樣的力學性能：(a) 工程應力-應變曲線，(b) 應變加工硬化率曲線，(c) 經(jīng)單步熱處理和多步熱處理后，已報道的激光增材制造鋼的拉伸性能比較
研究指出，超高強度和高延展性歸因于固溶強化、析出強化和相變誘導塑性（TRIP）效應。回火后的試樣主要由板條馬氏體組成，并含有少量奧氏體、碳化物和納米析出物（AlN、NiAl和ε-Cu）。
該合金同時顯示出相比其他鋼材更加優(yōu)異的耐腐蝕性。在普通鋼材中，碳化物的形成會消耗周圍金屬中的鉻，從而形成易生銹的區(qū)域。 而本研究中的新型鋼材，基體中大量析出的ε-Cu、NiAl納米相，會排斥周圍的Cr原子，使其被“趕”到周邊基體中，且在集體中的均勻分布，而不是被消耗在碳化物中，從而降低了腐蝕敏感性。
用于經(jīng)濟高效、短流程、耐腐蝕的UHSDS設計策略
該方法降低了材料成本，并將熱處理時間縮短至一個六小時的步驟，在此過程中解決了通過增材制造生產(chǎn)高性能鋼材的兩個長期存在的障礙。
3D打印技術參考注意到，南華大學對該鋼材的報道指出，它能夠滿足航空航天、國防軍工等國家重點領域關鍵部件復雜成形和快速修復的迫切需求，為高效開發(fā)超高強度高韌性增材制造鋼開辟了新途徑。
研究結(jié)果以“Interpretable machine learning integrated with physicochemical feature for developing additively manufactured ultra-high strength and ductility steel”為題發(fā)表在《國際極端制造雜志》上。
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