一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末及其制備方法技術

本發明專利技術涉及合金粉末領域，尤其涉及一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末，包括下述質量百分數的成分：0.10

【技術實現步驟摘要】
一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末及其制備方法


[0001]本專利技術涉及合金粉末領域，尤其涉及一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末及其制備方法。

技術介紹

[0002]激光金屬3D打印技術是近幾年發展起來的一種先進的激光增材制造技術，通過專用軟件對零件３Ｄ數模進行切片分層，高能量激光束根據獲取的二維輪廓數據逐層地選擇性熔化金屬粉末，以逐層鋪粉、逐層熔化、逐層凝固堆積的方式成形任意形狀高致密度三維零件，具有響應速度快、成形時間短及材料利用率高等優點；目前較為成熟的激光金屬3D打印技術主要包括選區激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）和激光熔化沉積（Laser Melting Deposition, LMD）；SLM技術適合的一個重要領域是注塑模和壓鑄模的隨行冷卻水道。傳統注塑模具和壓鑄模具采用直線型冷卻水道，水道與型芯型腔表面不等距，冷卻不均勻，有冷卻盲點，產品易發生翹曲和變形。新型隨形冷卻水道形狀依據模具型芯、型腔表面的變化而均勻變化，可以有效減少冷卻時間，提高生產效率，減小產品翹曲變形，提高產品品質，但傳統機械切削、電加工手段無法制造隨形冷卻水道。
[0003]目前常用的SLM用金屬模具鋼粉末有18Ni300、Corrax(簡稱CX)、S136和420等；但這些模具鋼粉末都存在一定問題：18Ni300和Corrax是時效硬化鋼，碳含量（wt%）很低（≤0.03%），塑韌性很好，3D打印過程中不開裂，18Ni300時效后硬度較高（約53HRC），但是18Ni300不含Cr，耐腐蝕性低，使用久后水道可能生銹堵塞，Corrax的Cr含量（wt%）為11
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13，耐腐蝕性較好，但時效后使用硬度約為48HRC，硬度和耐磨性不高，另外，18Ni300和Corrax的貴重元素含量高（比如，18Ni300的Co含量（wt%）約為9%，Ni含量（wt%）約為18%，Corrax的Ni含量（wt%）約為10%），導致粉末原料成本高；S136和420鋼熱處理后的硬度較高（52
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55HRC）耐磨性較好，由于Cr含量大于12.5%wt，耐腐蝕性較好，不含Co和Ni等貴重合金元素，粉末成本低；但是，S136和420的碳含量較高，比如S136的碳含量（wt%）約為0.38%，420的碳含量（wt%）約為0.23%，由于激光3D打印過程為反復的材料急劇加熱冷卻，熱應力很大，這就導致采用S136和420模具鋼粉末進行激光3D打印時存在一定的開裂風險，激光3D打印模具鋼冷卻水道是貴重零件，即使只有小比例的零件開裂報廢也是較難承受的經濟損失；另外，激光3D打印模具鋼冷卻水道過程較慢，如果在零件后續加工過程中發現零件開裂無法使用，再重新激光3D打印的話，可能嚴重影響貨物交期；目前，激光3D打印模具鋼市場采用的金屬粉末約大多數為18Ni300和CX，少數為S136和420等；為了提高塑料模具或壓鑄模具流道充型后的冷卻效率，目前所使用的18Ni300、Corrax、S136和420等合金材料導熱系數較低（基本不超過20），影響生產效率，需要提高導熱系數。

技術實現思路

[0004]針對現有粉末和技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種用于激光3D打印的模具鋼合金粉末，使得粉末成本較低，經過3D打印的模具型腔表面有著高的硬度和耐磨性，模具
有著高的耐腐蝕性和導熱系數，從而使得塑料模具型腔使用壽命長、冷卻效率高。
[0005]為了實現以上目的，本專利技術采用的技術方案為：一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末，包括下述質量百分數的成分：0.10
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0.15%的碳（C）；14.5
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15.5%的鉻（Cr）；0.4
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0.8%的硅（Si）；0.5
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1.5%的錳（Mn）；3.5
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4.5%的銅（Cu）；余量為鐵（Fe），其重量之和為100%。
[0006]本專利技術的另一個技術方案為：一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末的制備方法，其特征如下，包括如下步驟：按照配比稱取工業純鐵、硅鐵、電解銅、金屬鉻塊和電解錳，將所有的原料放入真空感應加熱爐中熔煉，完成熔煉后氣霧化后篩分獲得合金粉末的粒徑為15
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53 μm的合金鋼粉末。
[0007]應用本申請的合金鋼粉末進行3D打印制得模具的具體步驟如下：步驟一、將模具三維模型進行分層處理，將分層數據導入至激光金屬3D打印機，逐層打印，得到模具基體；步驟二、通過線切割的方法將模具基體與成型基板分離，將與成型基板分離后的模具基體打磨、拋光后，再進行清洗、干燥；步驟三、將金屬3D打印件進行520℃
×
10h氮化處理，滲氮層深：0.1
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0.2 mm，得到的模具滲氮表面硬度：950
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1050 HV（大致相當于68
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70 HRC），基體硬度約為42
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47HRC，導熱系數（W/
·
mK）：（200℃）不低于36。
[0008]本專利技術的技術效果為：本專利技術通過對粉末成分和含量及其后續處理工藝進行限定，提出本申請鐵基合金粉末適用于注塑模和壓鑄模等工件隨形冷卻水道的激光3D打印的工件，所得工件的基體具有適中的硬度和較高的塑韌性、熱傳導率和耐腐蝕性，而工件表面具有高的硬度、耐磨性和耐腐性，同時整個工件（包括工件基體和工件表面）均具有較高的耐腐蝕性、導熱系數和生產效率。
附圖說明
[0009]圖1為應用本申請的合金鋼粉末進行3D打印后得到的模具的形貌特征圖。
實施方式
[0010]為了使本領域技術人員更好地理解本專利技術的技術方案，下面對本專利技術進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本專利技術的保護范圍有任何的限制作用。
實施例
[0011]一種用于激光金屬3D打印的模具鋼合金粉末，其特征在于，包括下述質量百分數的成分：0.10%的碳（C）；15.5%的鉻（Cr）；0.4%的硅（Si）；0.5%的錳（Mn）； 4.5%的銅（Cu）；余量為鐵（Fe），其重量之和為100%；按照配比稱取工業純鐵、硅鐵、電解銅、金屬鉻塊和電解錳，將所有的原料放入真空感應加熱爐中熔煉，完成熔煉后氣霧化后篩分獲得合金粉末的粒徑為15
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53 μm的合金鋼粉末；用所得的模具鋼合金粉末進行激光3D打印獲得所需形狀和尺寸的工件，然后對進行表面氮化處理。
實施例
[0012]一種用于激光金屬3D打印的模具鋼合金粉末，其特征在于，包括下述質量百分數的成分：0.15%的碳（C）；14.5%的鉻（Cr）；0.8%的硅（Si）；1.5%的錳（Mn）；3.5%的銅（Cu）；余量為鐵（Fe），其重量之和為100%；按照配比稱取工業純鐵、硅鐵、電解銅、金屬鉻塊和電解錳，將所有的原料放入真空感應加熱爐中熔煉，完成熔煉后氣霧化后篩分獲得合金粉末的粒徑為15
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53 μm的合金鋼粉末；用所得的模具鋼合本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于激光3D打印的模具合金鋼粉末，其特征在于，包括下述質量百分數的成分：0.10
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0.15%的碳（C）；14.5
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15.5%的鉻（Cr）；0.4
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0.8%的硅（Si）；0.5
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1.5%的錳（Mn）；3.5
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【專利技術屬性】
技術研發人員：張步進，張步躍，巫繼茂，韋守雄，張愛平，
申請(專利權)人：東莞市廣正模具塑膠有限公司，
類型：發明
國別省市：