【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及增材制造高速鋼，具體涉及一種電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法。
技術(shù)介紹
1、切削刀具作為工業(yè)母機的重要部件，其發(fā)展水平直接決定了制造業(yè)的核心競爭力。高速鋼(hss)具有高硬度、高耐磨性等優(yōu)點，是制造切削刀具的重要材料。
2、m42(w2mo9cr4vco8)由于高碳(1-1.15wt.％)、高合金(>20wt.％)特性作為高速鋼中高性能的代表，傳統(tǒng)鑄造m42鋼由于冷卻速度緩慢，鑄態(tài)組織易形成以粗大、網(wǎng)狀共晶碳化物為特征的偏析，不僅導(dǎo)致后續(xù)鍛燒、軋制熱加工過程困難，還顯著損害力學(xué)性能。
3、增材制造技術(shù)基于“離散-堆積”原理，以逐點/逐線/逐層堆積方式制造實體零部件。電子束粉末床熔融作為近年來快速發(fā)展的一種技術(shù)，由于其具有小熔池(0.2mm～1mm)、高冷速(106ks-1～108ks-1)特性可有效調(diào)控其組織從而獲得優(yōu)異性能，同時高的能量密度、高效率、真空環(huán)境熔融無雜質(zhì)可制備出高性能m42高速鋼。但是現(xiàn)有的方法在打印過程中容易因粉末飛濺而形成缺陷問題，導(dǎo)致試件的孔隙率提高且組織不均勻。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，本專利技術(shù)通過特有的粉床強化以及鋪粉前后的熱補償加固粉末床，全過程真空環(huán)境下并不斷充入保護氣體氦氣，免除氧/氮等有害元素的干擾，調(diào)控電子束粉床熔融打印工藝參數(shù)獲得無需后續(xù)熱處理的優(yōu)異性能m42高速鋼，同時通過高的預(yù)熱溫度減少殘余應(yīng)
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，包括以下步驟：
4、采用氣霧化制備m42鋼粉末并進行打印前預(yù)處理，得到預(yù)處理后的m42鋼粉末；
5、構(gòu)建m42鋼三維模型，沿高度方向進行切片處理，設(shè)置掃描參數(shù)，得到切層掃描數(shù)據(jù)，將獲得的切層掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入電子束粉床熔融設(shè)備中。
6、將預(yù)處理后的m42鋼粉末平鋪在基板上的粉末床上，鋪粉前熱補償，鋪粉后對粉末床進行強化，在保護性氣氛下，當(dāng)基板預(yù)熱溫度達(dá)到820℃～850℃，利用電子束逐層對預(yù)處理后的m42鋼粉末進行熔化成形打印，得到超硬高強m42高速鋼。
7、本專利技術(shù)以電子束為熱源，在m42高速鋼的增材制造過程中采用粉床強化以及鋪粉前后的熱補償加固粉末床，調(diào)控電子束粉床熔融打印工藝參數(shù)獲得無需后續(xù)熱處理的優(yōu)異性能m42高速鋼，同時通過高的預(yù)熱溫度減少殘余應(yīng)力以獲得性能優(yōu)異/質(zhì)量良好的m42高速鋼，該方法能有效避免打印過程中因粉末飛濺而形成的缺陷問題，從而降低成形件孔隙率，提高試樣致密度，組織更加均勻。
8、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，通過粉床強化對成形區(qū)粉末進行二次加固，粉末床強化參數(shù)為：束斑離焦量0v～0.5v，額定電流20ma～26ma，掃描速度5m/s～8m/s，起始電流12ma～14ma，平均電流14ma～16ma，電流階梯上升：3級，固粉次數(shù)1次～2次。
9、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，電子束束流12ma～18ma，掃描速度為5m/s～6.5m/s，束斑直徑為0.1mm～0.2mm，離焦量大小為0v～0.5v，取粉量為95μm～105μm。
10、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，鋪粉前熱補償參數(shù)為：束斑離焦量：0v～0.5v，額定電流10ma，時間：10s～12s。
11、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，鋪粉后對粉末床預(yù)熱進行微燒結(jié)，燒結(jié)粉床參數(shù)為：掃描速度：12m/s～14m/s，掃描間距：1mm～1.5mm，束斑離焦量：0v～0.5v，額定電流：35ma，時間：10s～12s。
12、打印鋪粉后粉末床強化，在較小的預(yù)熱下使粉末床微燒結(jié)，從而提高粉末床導(dǎo)電性，降低“吹粉”“推粉”風(fēng)險，以提高成形質(zhì)量，階梯預(yù)熱可減小電子束對粉床的沖擊，從而降低打印過程中的吹粉。
13、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，粉床預(yù)熱方式為階梯上升預(yù)熱，預(yù)熱分為3級，逐步增加預(yù)熱電流，預(yù)熱最大電流為35ma～40ma，起始電流為10ma～12ma。
14、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，設(shè)置掃描方式為單向掃描，掃描參數(shù)為：層與層間旋轉(zhuǎn)角度為90°，掃描間距為80μm，層厚50μm。
15、進一步地，設(shè)定打印參數(shù)，取粉量設(shè)為95μm～105μm，預(yù)鋪粉厚度為50μm。
16、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，將m42鋼粉末裝填進粉料缸后，進行抽取真空，待槍室真空度達(dá)到10-3pa數(shù)量級后，對成形室充入氦氣保護氣氛，確保粉料缸內(nèi)空氣氧含量不超過0.5％。
17、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，基板預(yù)熱采用手動預(yù)熱，預(yù)熱成形基板溫度為820℃～850℃。
18、具體預(yù)熱分為三個階段，底板加熱到400℃、700℃、850℃，使用預(yù)熱電流5ma～10ma，掃描速度5m/s～10m/s加熱到350℃～400℃，預(yù)熱電流15ma～20ma，掃描速度10m/s～20m/s加熱到600℃～700℃，預(yù)熱電流25ma～30ma，掃描速度10m/s～20m/s加熱到850℃并分別保溫5分鐘～10分鐘，5分鐘～10分鐘，10分鐘～15分鐘分鐘，基板材料為316l不銹鋼基板，預(yù)熱過程中采用階梯式升溫，逐步增加電流以及掃描速度，使基板溫度穩(wěn)定上升，保溫階段避免溫度升高過快，加熱不均勻。
19、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，打印全過程持續(xù)通入保護氣體氦氣。
20、在本專利技術(shù)優(yōu)選的實施方式中，m42鋼粉末粒徑為53μm～120μm，m42鋼粉末成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計包括：c：1.05％～1.15％，cr：3.50％～4.25％，w：1.15％～1.85％，mo：9.0％～10.0％，v：0.95％～1.35％，co：7.75％～8.75％，mn：≤0.40％，si：≤0.65％，s：≤0.03％，p：≤0.03％，余量為fe。
21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有的有益效果是：
22、1、本專利技術(shù)以電子束為熱源，在m42高速鋼的增材制造過程中采用粉床強化以及鋪粉前后的熱補償加固粉末床，調(diào)控電子束粉床熔融打印工藝參數(shù)獲得無需后續(xù)熱處理的優(yōu)異性能m42高速鋼，同時通過高的預(yù)熱溫度減少殘余應(yīng)力以獲得性能優(yōu)異/質(zhì)量良好的m42高速鋼，該方法能有效避免打印過程中因粉末飛濺而形成的缺陷問題，從而降低成形件孔隙率，提高試樣致密度，組織更加均勻。
23、2、通過本專利技術(shù)的方法增材制造成型的m42高速鋼，無裂紋，致密度高，具有良好的表面質(zhì)量以及均勻的組織，可增加晶內(nèi)納微米級碳化物析出。
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1.一種電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，粉末床強化參數(shù)為：束斑離焦量0V～0.5V，額定電流20mA～26mA，掃描速度5m/s～8m/s，起始電流12mA～14mA，平均電流14mA～16mA，電流階梯上升：3級，固粉次數(shù)1次～2次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，打印參數(shù)為：電子束束流12mA～18mA，掃描速度為5m/s～6.5m/s，束斑直徑為0.1mm～0.2mm，離焦量大小為0V～0.5V，取粉量為95μm～105μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，鋪粉前熱補償參數(shù)為：束斑離焦量：0～0.5V，額定電流10mA，時間：10s～12s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，鋪粉后對粉末床預(yù)熱進行燒結(jié)，燒結(jié)粉床參數(shù)為：掃描速度12m/s～14m/s，掃描
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，粉床預(yù)熱方式為階梯上升預(yù)熱，預(yù)熱分為3級，逐步增加預(yù)熱電流，預(yù)熱最大電流為35mA～40mA，起始電流為10mA～12mA。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，掃描方式為單向掃描，掃描參數(shù)為：層與層間旋轉(zhuǎn)角度為90°，掃描間距為80μm，鋪粉厚度為50μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，基板預(yù)熱采用手動預(yù)熱，基板預(yù)熱分為三個階段，使用預(yù)熱電流5mA～10mA，掃描速度5m/s～10m/s加熱到350℃～400℃，預(yù)熱電流15mA～20mA，掃描速度10m/s～20m/s加熱到600℃～700℃，預(yù)熱電流25mA～30mA，掃描速度10m/s～20m/s加熱到850℃并分別保溫5分鐘～10分鐘，5分鐘～10分鐘，10分鐘～15分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，打印全過程持續(xù)通入保護氣體氦氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強M42高速鋼的方法，其特征在于，M42鋼粉末粒徑為53μm～120μm，M42鋼粉末成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計包括：C：1.05％～1.15％，Cr：3.50％～4.25％，W：1.15％～1.85％，Mo：9.0％～10.0％，V：0.95％～1.35％，Co：7.75％～8.75％，Mn：≤0.40％，Si：≤0.65％，S：≤0.03％，P：≤0.03％，余量為Fe。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，其特征在于，粉末床強化參數(shù)為：束斑離焦量0v～0.5v，額定電流20ma～26ma，掃描速度5m/s～8m/s，起始電流12ma～14ma，平均電流14ma～16ma，電流階梯上升：3級，固粉次數(shù)1次～2次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，其特征在于，打印參數(shù)為：電子束束流12ma～18ma，掃描速度為5m/s～6.5m/s，束斑直徑為0.1mm～0.2mm，離焦量大小為0v～0.5v，取粉量為95μm～105μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，其特征在于，鋪粉前熱補償參數(shù)為：束斑離焦量：0～0.5v，額定電流10ma，時間：10s～12s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，其特征在于，鋪粉后對粉末床預(yù)熱進行燒結(jié)，燒結(jié)粉床參數(shù)為：掃描速度12m/s～14m/s，掃描間距：1mm～1.5mm，束斑離焦量：0v～0.5v，額定電流：35ma，時間：10s～12s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束粉床熔融制備超硬高強m42高速鋼的方法，其特征在于，粉床預(yù)熱方式為階梯上升預(yù)熱，預(yù)熱分為3級，逐步增加預(yù)熱電流，預(yù)熱最大電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏瑛康，孫志雄，劉世鋒，王建勇，張亮亮，賈文鵬，朱紀(jì)磊，
申請(專利權(quán))人：西安建筑科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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