【摘 要】
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与传统铸造方式相比,选区激光熔化(SLM)技术其拥有快速成型复杂零件、成型周期短的特点,能够满足医疗个性化设计、小批量生产的要求,在医疗植入物制造方面有着广泛的应用前景。然而,SLM成型试样由于快速熔化冷却、凝固结晶,容易积累大量的残余应力和产生缺陷,对使用性能产生负面影响。通过选取合适的成型加工参数和热处理均能够有效地降低或消除缺陷,能在一定程度上提高力学性能。但是上述方法提升性能有限。深冷处理
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与传统铸造方式相比,选区激光熔化(SLM)技术其拥有快速成型复杂零件、成型周期短的特点,能够满足医疗个性化设计、小批量生产的要求,在医疗植入物制造方面有着广泛的应用前景。然而,SLM成型试样由于快速熔化冷却、凝固结晶,容易积累大量的残余应力和产生缺陷,对使用性能产生负面影响。通过选取合适的成型加工参数和热处理均能够有效地降低或消除缺陷,能在一定程度上提高力学性能。但是上述方法提升性能有限。深冷处理技术能进一步提升合金韧性、强度等力学性能,探索深冷处理工艺对选区激光熔化成型试样组织和性能的影响,对拓宽SLM技术在医疗领域中的应用有良好的研究意义和应用价值。本文针对齿科钴铬合金粉末材料,打印SLM成型拉伸试样,对其进行热处理和深冷处理。通过光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备表征微观组织结构,使用纳米压痕仪、拉伸设备等测试力学性能。具体热处理方式是将打印态试样加热至1150℃,保温时间分别为0.5h、1h、2h条件下退火(标记为FC0.5、FC1、FC2);将打印态试样加热至1150℃,保温时间分别为1h、2h条件下退火至900℃水冷淬火(标记为WC1、WC2),共5组不同组织形态的热处理试样。深冷处理方式是将试样降温至-196℃保温3h后回至室温。首先论文主要选择出合适的打印加工工艺参数,其次对打印态试样经不同方式热处理,形成不同组织形态的热处理试样,对热处理试样进行深冷处理。观察钴铬合金经深冷处理前后显微组织及力学性能的变化,得出深冷处理对钴铬合金的强化机理。主要研究结论如下:1、对于退火态试样,随着保温时间的延长,晶粒尺寸逐渐长大;保温0.5h后,晶粒内部析出短条状沉淀物,保温时间继续延长这种沉淀物逐渐消失,保温1h后,晶粒内存在细小颗粒状沉淀物。打印态试样退火处理后,强度降低,延伸率显著增加。对退火态试样进行深冷处理,奥氏体转化为马氏体,晶粒内部进一步析出大量的细小碳化物,对金属基体起着显著的弥散强化作用。其中,FC0.5试样的延伸率为20%,经深冷处理后提升至32%,得到显著改善,说明深冷处理能增加合金的延伸率。2、对于淬火态试样,马氏体较退火态试样更多,晶粒内部析出大量的颗粒状碳化物和σ相,随着保温时间的延长,晶间σ相与碳化物逐渐长大变粗,力学性能下降。对淬火态试样进行深冷处理,残余奥氏体发生马氏体相变,WC1试样抗拉强度提高了16.3%,延伸率从深冷处理前的10.16%提升至28%,强度和延伸率均得到明显增强。3、深冷处理后试样的屈服强度、延伸性及显微硬度提升;进行深冷处理时粗大奥氏体更容易被马氏体“分裂”,晶粒得以细化;强化机理从深冷处理前的固溶强化和沉淀强化转变为深冷处理后的弥散强化和细晶强化。
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