论文部分内容阅读
工业技术的飞速发展推动了制造业逐渐向智能化、绿色化、个性化方向发展,激光选区熔化技术(SLM)作为一种典型的金属增材制造技术,在加工制备复杂形状零件上优势明显。随形冷却模具能够改善机械加工传统冷却系统的冷却不均匀性,有效提高冷却效率,改善成形件质量,但内部水路形状复杂,传统加工技术难以实现。SLM技术以增材制造、逐层叠加的成形方式在制备随形冷却模具上具备相当大的优势,并能极大地提高材料的利用率,但SLM技术生产成本较高,且目前适用于SLM技术加工的高强模具钢粉末种类较少。因此,本文选取18Ni300马氏体时效钢(简称为MS1)作为研究对象,依据碳当量不同分别选择NAK80、S136、H13、17-4ph四种钢作为基座材料进行双金属打印成形研究,研究激光打印工艺参数对界面组织性能的影响规律,并对制备的双金属零件进行热处理强化研究,以促进高强模具钢双金属材料3D打印的工业化应用,具体研究内容及获得的结果如下:(1)对界面过渡层进行激光重熔策略研究,以获得冶金结合良好且无缺陷的界面。并以此为基础,进行了界面初始过渡层激光打印工艺参数的优化,最佳打印工艺参数结果为:第一层铺粉层激光扫描两次,以后每层激光均扫描一次,并以激光功率300W、扫描间距0.12mm、铺粉厚度50μm、扫描速率720mm/s的打印工艺参数进行打印时能够获得最高的界面连接强度,此时的激光输入能量密度为69.4J/mm3。界面附近的熔池层间搭接率约28%,与MS1稳定成形部分的30%接近。(2)在最优成形工艺参数下,界面附近元素扩散区域的大小受基座材料与MS1碳当量之差影响,差值越大,元素扩散区越大;连接界面的拉伸性能随扫描速率的增大呈现先增大后减小的趋势,在最优成形工艺参数时达到了最大,NAK80-MS1、H13-MS1、S136-MS1和17-4ph-MS1界面的最高强度分别为1342MPa、953MPa、1022MPa和1203MPa。随着碳当量的增加,界面连接处组织形貌由细小的针状组织向胞状组织发生转变。(3)进行固溶+回火+时效处理后,试样基体组织发生转变,析出了大量弥散强化的第二相,组织稳定性和均匀性升高,试样的整体力学性能也实现了很大提高。NAK80-MS1、H13-MS1、S136-MS1、17-4ph-MS1的极限抗拉强度分别提高到1364MPa、1716MPa、1914MPa和1314MPa,延伸率有所下降。NAK80-MS1的最低硬度达到了42HRC,H13-MS1和S136-MS1试样的整体硬度都达到了48HRC以上,17-4ph-MS1的最低硬度达到了44HRC。断口分析结果表明,热处理后的试样断裂行为发生了由韧性向脆性的转变。(4)SLM成形双金属材料整体热处理与热处理强化后再进行打印的试样力学性能数据对比分析,结果显示,整体热处理的试样抗拉强度略高于热处理强化后再进行打印的试样,延伸率有所降低,但综合看来性能差异不是很大,整体热处理后的试样综合性能基本上能够与打印强化后再进行热处理的试样相当,且这种处理方式还能够消除材料内部的残余热应力,提高模具的使用寿命。