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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，近日開發出一種新型的3D打印鋼質合金，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，同時材料還具有優異的耐腐蝕性。
圖文無關，僅做演示
研究指出，傳統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。即使經過這些處理，它們仍然容易受到腐蝕。
研究團隊沒有依賴傳統的經驗性試錯化學方法，而是從文獻中收集了106組激光3D打印的高強鋼數據，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。
通過機器學習實現的多目標優化結果
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單步回火鋼，媲美多步回火處理后的鋼材。
沉積態和回火態試樣的力學性能：(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，為高效開發超高強度高韌性增材制造鋼開辟了新途徑。
研究結果以“Interpretable machine learning integrated with physicochemical feature for developing additively manufactured ultra-high strength and ductility steel”為題發表在《國際極端制造雜志》上。
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