增材制造用18Ni300模具钢粉末成型工艺性能研究

来源 :北京有色金属研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zxi666
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增材制造技术作为一种新兴的成型技术,广泛应用于各个领域。在模具领域需求日渐提高的环境下,传统的制造技术无法完全满足当前的生产需要。选区激光熔化技术是目前金属增材制造应用最广的工艺之一,在模具领域主要用于成型随形冷却通道等。18Ni300具有高强高韧等优点,是少数能直接进行选区激光熔化成型的模具钢之一。目前国内的研究多集中于成型参数的优化,而将工艺与粉末材料自身性质相联系的研究不太常见,因而研究18Ni300粉末选区激光熔化成型性能对后续工业开发具有较大意义。本文主要包含三部分内容。首先使用气雾化制备的球形粉末作为原粉,进行选区激光熔化成型工艺参数优化。考察了扫描速度、扫描间距和激光功率对成型件致密度的影响规律,观察了成型件微观孔洞和熔池形貌,通过对比筛选出致密度最高的成型工艺;之后考察了粉末自身性质对成型质量的影响,依据原粉筛分比例重新配比,得到不含粗粉、不含细粉、不含粗粉和细粉以及粗细粉均包含的4组混粉,使用前述筛选出的工艺参数成型,与原粉成型件进行对比,分析了粉末中位径和松装密度对成型件致密度的影响规律,测量了成型件的拉伸性能和冲击性能,观察了金相组织和断口形貌;最后探讨了热处理对选区激光熔化成型件拉伸性能和冲击性能的影响,对成型件进行时效处理,而后进行拉伸性能与冲击性能测试,与未处理态力学性能数据进行对比,并观察了试样的断口形貌。实验所得结论如下:最优成型工艺参数为,激光功率80W,扫描速度1600mm/s,层厚20μm,扫描间距0.03mm,此工艺下原粉成型件致密度为99.51%。D50与层厚设定值最接近的混粉对应的成型件致密度最高,为99.87%。粉末粒径对成型件致密度影响程度大于松装密度。D50相近的前提下,松装密度高的粉成型件致密度高。5组粉的成型件均为板条马氏体和残余奥氏体组织,力学性能高低与致密度高低呈正相关关系。力学性能最优的成型件抗拉强度为1219MPa,延伸率15.5%,冲击吸收能量KV259J。经490℃6h时效处理后,与未处理态相比,抗拉强度显著提高,最高提升47%;延伸率明显下降,减小的差值在4%左右;冲击吸收能量降低幅度较大,最大幅度71%。时效处理后材料强度提高,塑性和韧性下降。
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