CN106623934B - Slm成型钢模具毛坯件的后处理方法及slm成型钢模具的制备方法 - Google Patents

Slm成型钢模具毛坯件的后处理方法及slm成型钢模具的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法。一种SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法，包括以下步骤：在真空环境或保护性气体氛围下，将SLM成型钢模具毛坯件在5h～7h内升温至450℃～550℃，再在450℃～550℃下保温6h～12h，再自然冷却至室温；在保护气体氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理具体为在6h～8h内升温升压至温度为1000℃～2000℃，压强为170MPa～230MPa，并保温保压6h～8h，之后降温降压至室温室压。上述SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法，通过合理的温度控制和压力控制能有效消除SLM成型钢模具的内应力积累，增强表面硬度，并提高SLM成型钢模具的致密性和力学性能。

Description

SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备 方法
技术领域
本发明涉及材料后处理方法，特别是涉及SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法。
背景技术
金属3D打印技术在模具成型行业的应用越来越广泛，尤其是选择性激光熔融技术(SLM)被广泛应用于钢模具的成型。该方法成型的模具通过内部有效的冷却流道，能有效降低传统模具冷却效果不好部位的冷却时间，从而缩短模具注塑周期，同时优化注塑件的冷却温度分布并提高其表面质量。
不过对于普通注塑而言，通过SLM技术打印成型模具的硬度(HRC35左右)不能满足其大部分应用需求，同时在少数情况下成型模具的致密性不能满足其使用需求，使用这种模具进行生产将严重影响注塑产品品质及模具的使用寿命，同时可能出现渗水现象，需要对模具胚件采取合理的后处理措施。
发明内容
基于此，有必要针对SLM成型钢模具硬度和致密性不够的问题，提供一种SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法。
一种SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法，包括以下步骤：
在真空环境或保护性气体氛围下，将SLM成型钢模具毛坯件在5h～7h内升温至450℃～550℃，将所述SLM成型钢模具毛坯件在450℃～550℃下保温6h～12h，再自然冷却至室温；
在保护性气体氛围下，对冷却至室温的所述SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理得到SLM成型钢模具，所述热等静压处理的参数为：在6h～8h内升温升压至温度为1000℃～2000℃，压强为170MPa～230MPa，并保温保压6h～8h，之后降温降压至室温室压。
在其中一个实施方式中，所述保护性气体氛围为氩气气氛和氦气气氛中的至少一种。
在其中一个实施方式中，所述SLM成型钢模具毛坯件的外表面预留厚度为0.5mm～0.8mm的余量。
在其中一个实施方式中，所述对所述SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理的步骤之后还包括步骤：对所述SLM成型钢模具进行精加工处理。
一种SLM成型钢模具的制备方法，包括以下步骤：
采用SLM技术制备SLM成型钢模具毛坯件；
采用上述的SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法对所述SLM成型钢模具毛坯件进行后处理。
在其中一个实施方式中，所述采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件的步骤中，激光扫描速度为500mm/s～700mm/s；激光扫描的功率为150W～200W。
在其中一个实施方式中，所述采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件的步骤中，加工层厚为25μm～40μm，激光光斑直径为40μm～60μm。
上述SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法，首先在真空环境或保护性气体氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行升温、保温和冷却处理，再在保护性气体氛围下对SLM成型钢模具进行热等静压处理，通过合理的温度控制和压力控制能有效消除SLM成型钢模具的内应力积累，增强表面硬度，并提高SLM成型钢模具的致密性和力学性能。
附图说明
图1为一实施方式的SLM成型钢模具的制备方法的流程图；
图2为实施例5(A)和实施例3(B)的SLM成型钢模具的金相图片；
图3为实施例4(A)和实施例1(B)的SLM成型钢模具的金相图片；
图4为实施例4(A)和实施例3(B)的SLM成型钢模具的显微结构图；
图5为SLM成型钢模具毛胚件(A)和实施例4(B)的SLM成型钢模具的表面结构图；
图6为一实施方式的SLM成型钢模具在进行热等静压处理时内部组织结构的变化示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和附图对SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法做进一步的详细说明。
请参阅图1，一实施方式的SLM成型钢模具的制备方法，包括以下步骤：
S110、采用SLM技术成型钢模具毛坯件。
选择性激光熔融(SLM)技术是采用激光束一层层地扫描金属粉末使粉末选择性的熔化烧结，从而形成与电脑中CAD相同的部件的方法。采用SLM技术实现了模具的3D打印，同时保持金属材料优异的性质。
在其中一个实施方式中，采用SLM技术成型钢模具毛坯件时，激光扫描速度为500mm/s～700mm/s；激光扫描的功率为150W～200W。
在其中一个实施方式中，SLM技术成型钢模具毛坯件时加工层厚为25μm～40μm，激光光斑直径为40μm～60μm。
在其中一个实施方式中，采用SLM技术成型钢模具毛坯件时，其外表面预留厚度为0.5mm～0.8mm的余量，用于补偿后续处理中导致的变形量。
S120、对SLM成型钢模具毛坯件进行后处理。
S121、在真空环境或保护性气体氛围下，将SLM成型钢模具毛坯件在5h～7h内升温至450℃～550℃，将SLM成型钢模具毛坯件在450℃～550℃下保温6h～12h，再自然冷却至室温。
在其中一个实施方式中，保护性气体氛围为氦气气氛和氩气气氛中的至少一种。
在其中一个实施方式中，自然冷却的降温速率为80℃/h～120℃/h。
在其中一个实施方式中，步骤S121可以在烘箱、马弗炉或者气氛炉中进行。
S122、在保护性气体氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理得到SLM成型钢模具。
在其中一个实施方式中，热等静压处理的参数为：在6h～8h内升温升压至温度为1000℃～2000℃，压强为170MPa～230MPa，并保温保压6h～8h，之后降温降压至室温室压。
在其中一个实施方式中，保护性气体氛围为氦气气氛和氩气气氛中的至少一种。
在其中一个实施方式中，降温速率为100℃/h～200℃/h；降压速率为170MPa/h～230MPa/h。
在其中一个实施方式中，上述步骤在热等静压炉中进行。
S123、对SLM成型钢模具进行精加工处理。
在其中一个实施方式中，对SLM成型钢模具毛坯件进行精加工处理包括对SLM成型钢模具毛坯件进行电火花处理、车工或洗工等处理。
上述SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法及SLM成型钢模具的制备方法，首先在真空环境或保护性气体氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行升温、保温和冷却处理，再在保护性气体氛围下对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理过程包括升温升压、保温保压和降温处理，通过合理的温度控制和压力控制能有效消除SLM成型钢模具的内应力积累，增强表面硬度，并提高SLM成型钢模具的致密性和力学性能。
需要说明的是，上述步骤中S123可以省略。
下面是具体实施例的说明。
实施例1
采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件，激光扫描速度为600mm/s；激光扫描的功率为180W；加工层厚为30μm，激光光斑直径为50μm。
在真空环境下，将SLM成型钢模具毛坯件在5h内升温至450℃，再将SLM成型钢模具毛坯件在450℃下保温12h，再自然冷却至室温；
再将SLM成型钢模具毛坯件置于热等静压炉中，在氩气氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理过程具体为在6h内升温升压至温度为1000℃，压强为230MPa，再将SLM成型钢模具毛坯件保温保压8h，再降温降压至室温室压。
实施例2
采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件，激光扫描速度为500mm/s；激光扫描的功率为200W；加工层厚为25μm，激光光斑直径为40μm。
在真空环境下，将SLM成型钢模具毛坯件在7h内升温至550℃，再将SLM成型钢模具毛坯件在550℃下保温6h，再自然冷却至室温；
再将SLM成型钢模具毛坯件置于热等静压炉中，在氦气氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理过程具体为在8h内升温升压至温度为2000℃，压强为170MPa，再将SLM成型钢模具毛坯件保温保压6h，再降温降压至室温室压。
实施例3
采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件，激光扫描速度为700mm/s；激光扫描的功率为150W；加工层厚为40μm，激光光斑直径为60μm。
在真空环境下，将SLM成型钢模具毛坯件在6h内升温至490℃，再将SLM成型钢模具毛坯件在500℃下保温8h，再自然冷却至室温；
再将SLM成型钢模具毛坯件置于热等静压炉中，在氩气氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理过程具体为在7h内升温升压至温度为1500℃，压强为200MPa，再将SLM成型钢模具毛坯件保温保压7h，再降温降压至室温室压。
实施例4
采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件，激光扫描速度为700mm/s；激光扫描的功率为150W；加工层厚为40μm，激光光斑直径为60μm。
在真空环境下，将SLM成型钢模具毛坯件在6h内升温至450℃，再将SLM成型钢模具毛坯件在500℃下保温8h，再自然冷却至室温。
实施例5
采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件，激光扫描速度为700mm/s；激光扫描的功率为150W；加工层厚为40μm，激光光斑直径为60μm。
再将SLM成型钢模具毛坯件置于热等静压炉中，在氩气氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理过程具体为在7h内升温升压至温度为1500℃，压强为200MPa，再将SLM成型钢模具毛坯件保温保压7h，再降温降压至室温室压。
对实施例1～5得到的SLM成型钢模具及SLM成型钢模具毛坯件的表面硬度进行测试，测试结果如表1所示。表面硬度的测量根据GB/T 230.1-2009金属洛氏硬度实验方法，采用洛氏硬度计测量得到。
表1
实施例5和实施例3的SLM成型钢模具的金相图如图2所示，实施例4和实施例1的SLM成型钢模具的金相图如图3所示，图2与图3中金相图片的方法倍数为400倍。从图2和图3可以看出，先在真空环境或保护性气体氛围下，对SLM成型钢模具进行升温、保温和冷却处理，再在保护性气体氛围下对SLM成型钢模具进行热等静压处理，能有有效减少SLM成型钢模具中金属粉末的间隙，使其更为致密，从而提高材料的致密性。实施例4和实施例3的SLM成型钢模具的显微结构图如图5所示，可以看出，实施例3得到的SLM成型钢模具的致密性更佳。图5为SLM成型钢模具毛胚件(A)和实施例4(B)的SLM成型钢模具的表面结构图，图5中表面结构图的放大倍数为20倍。从图中可以看出，对SLM成型钢模具进行升温、保温和冷却处理后金属材料粉末比较疏松，致密性不足。
图6说明了SLM成型钢模具在进行热等静压处理时内部组织结构的变化：(1)粒子靠近及重排阶段，粒子的临近配位数明显增大，从而使粉末体的空隙大大减少，相对密度得到提高；(2)塑性变形阶段，当粉末体承受的压应力超过其屈服切应力时，粒子将以滑移方式产生塑性变形；(3)扩散蠕变阶段，单个原子或空穴扩散蠕变，整个粉末体的致密化过程缓慢下来，最后趋近于以最大终端密度值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
在真空环境下，将SLM成型钢模具毛坯件在6h内升温至490℃，再将SLM成型钢模具毛坯件在500℃下保温8h，再自然冷却至室温；
再将SLM成型钢模具毛坯件置于热等静压炉中，在氩气氛围下，对SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理，热等静压处理过程具体为在7h内升温升压至温度为1500℃，压强为200MPa，再将SLM成型钢模具毛坯件保温保压7h，再降温降压至室温室压。
2.根据权利要求1所述的SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法，其特征在于，所述SLM成型钢模具毛坯件的外表面预留厚度为0.5mm~0.8mm的余量。
3.根据权利要求1所述的SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法，其特征在于，对所述SLM成型钢模具毛坯件进行热等静压处理的步骤之后还包括步骤：对所述SLM成型钢模具进行精加工处理。
4.一种SLM成型钢模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用SLM技术制备SLM成型钢模具毛坯件；
采用如权利要求1~3任一项所述的SLM成型钢模具毛坯件的后处理方法对所述SLM成型钢模具毛坯件进行后处理。
5.根据权利要求4所述的SLM成型钢模具的制备方法，其特征在于，所述采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件的步骤中，激光扫描速度为500mm/s~700mm/s；激光扫描的功率为150W~200W。
6.根据权利要求4所述的SLM成型钢模具的制备方法，其特征在于，所述采用SLM技术制备得到SLM成型钢模具毛坯件的步骤中，加工层厚为25μm~40μm，激光光斑直径为40μm~60μm。
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