瀋陽理工大学の張松教授のチーム：レーザー積層造形による新しいマルエージング鋼の開発と特性評価！

出典: Welding Science 著者: Zhang Song

最近、瀋陽理工大学材料科学工学部の張松教授のチームが、レーザー積層造形法で製造された新しい高モリブデンマルエージング鋼の開発と特性評価に関する最新の研究成果「レーザー積層造形法で製造された新しいマルエージング鋼の開発と特性評価」を「材料科学と工学：A」（中国科学院第1ゾーン、トップ、インパクトファクター6.4）誌に発表しました。責任著者は張松教授です。

研究者らは、析出強化効果を誘発するために、マルエージング鋼を530℃で2時間直接時効処理し、時効処理前後のマルエージング鋼の微細構造、ナノインデンテーション特性、機械的特性を研究した。結果は、マルエージング鋼の相組成が時効処理の前後で一定に保たれ、両方ともマルテンサイト構造を示すことを示しています。時効処理により、オーステナイトの逆変態が促進され、Fe2Mo 粒子とナノ球状析出相が析出します。直接時効処理後のマルエージング鋼は、ナノ硬度が7.10±0.17GPaから10.07±0.13GPa、引張強度が1978±38MPa、伸びが7.36%と、優れた機械的特性を示しました。これらの機械的特性は、老化した 18Ni300 マルエージング鋼の特性と同等であり、達成された高い性能を強調しています。これらの優れた機械的特性の主な強化メカニズムは、Fe2Mo とナノスケールの球状析出物によって引き起こされる析出強化効果によるものです。

レーザー積層造形と直接時効処理を組み合わせることで、優れた機械的特性を持つ高性能マルエージング鋼を製造するための有望なアプローチが実現します。この研究の結果は、高 Mo マルエージング鋼の微細構造の進化と強化メカニズムについてのより深い理解をもたらし、高度なエンジニアリングおよび製造業におけるさまざまな用途に重要な意味を持ちます。

作業のハイライト（1）新しい高モリブデンマルエージング鋼サンプルが設計されました。
（２）530°/2時間で直接時効処理したマルエージング鋼サンプル
（２）マルエージング鋼サンプルのナノインデンテーション挙動を研究した。
（３）マルエージング鋼コーティングの引張特性と破壊機構を研究した。

図1.レーザー積層造形と引張試験片の概略図。 (a) レーザー積層造形の模式図、(b) 実際のレーザー積層造形プロセス、(c) レーザー積層造形の積層方向の模式図、(d) マルエージング鋼サンプル、(ef) 引張試験片寸法の模式図。
図2. マルエージング鋼のSEM形態。 (a) 印刷されたサンプル、(b) 経年変化したサンプル。図3. マルエージング鋼の応力-ひずみ曲線。
主な結論<br /> この研究では、レーザー積層造形技術を使用して、新しいタイプの高モリブデンマルエージング鋼を製造しました。主な結論を以下にまとめます。

（１）印刷されたサンプルは、ハニカム状や樹枝状結晶を含む、著しい格子歪みを有する単一のα-Fe相を示す。さらに、デンドライト間に Fe2Mo 金属間化合物が析出します。

（２）530℃で2時間の時効処理後、Mo元素がα-Fe相から溶解し、α-Feの格子歪みが減少する。 Mo元素の析出により、デンドライト間領域のFe2Mo含有量が増加します。さらに、樹枝状結晶内には、大きさが約 20 nm のナノスケールの球状析出物が多数観察されました。これらのナノスケールの球状沈殿物は、老化したサンプルの機械的特性に大きく貢献します。

（３）作製後のサンプルのナノ硬度は6.39±0.21～8.99±0.12GPaの範囲であり、レーザー積層造形プロセス中の原位置焼戻し効果により、上部からストリート界面に向かって徐々に増加している。老化したサンプルの場合、ナノ硬度は 7.10 ± 0.17 ～ 10.07 ± 0.13 GPa の範囲です。老化サンプルのナノ硬度の向上は、Fe2Mo 金属間化合物とナノスケールの球状析出物によって引き起こされる析出強化効果によるものと考えられます。

（４）印刷サンプルの引張強度と伸びはそれぞれ1057±21MPaと1.81％と測定された。経年変化により、引張強度は1978±38MPaに増加し、伸びは7.36%に増加しました。老化サンプルの引張強度は、印刷サンプルの引張強度の約 1.87 倍です。時効後のサンプルの引張強度の向上は、Mo元素固溶強化、Fe2Mo粒子およびナノスケール析出強化、および転位強化の複合効果の結果です。老化したサンプルで観察された破壊メカニズムは脆性破壊と延性破壊でした。

連絡先著者<br /> 張松、女性、博士、遼寧理工大学材料科学工学学院教授および修士課程指導者。主な研究分野: レーザー積層造形と再製造、材料表面工学、耐摩耗性材料の開発と応用。国防「863」先端材料特別サブプロジェクト、中国ポスドク基金、国家金属腐食保護重点実験室基金、遼寧省自然科学基金、遼寧省教育庁基金、企業委託プロジェクトなど、10件以上のプロジェクトを主宰。 Scripta Materialia、Surface & Coatings Technology、Trans. Nonferrous Met. Soc.、Journal of Chinese Biomedical Engineering、Acta Metallurgica Sinica など国内外のジャーナルに 70 件以上の論文を発表しており、そのうち 40 件は SCI と EI に収録されています。また、国家発明特許を 4 件申請しており、そのうち 1 件が認可されています。

論文引用

Xu TZ、Zhang S、Du Y、他「レーザー積層造形法による新規マルエージング鋼の開発と特性評価[J]」。材料科学と工学：A、2023：145975。

https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145975

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