CN108907193A - 3D打印模具的方法及3Cr5MoSiV1模具钢粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印模具的方法及其粉末，属于3D打印制造领域，该方法包括以下步骤：准备3Cr5MoSiV1模具钢粉末，利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具。
Description
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体涉及一种3D打印模具的方法及其模具钢粉末。
背景技术
3D打印是在激光熔覆和快速原型技术基础上发展起来的，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。不同于传统的材料去除(切削加工)技术，它是一种“自下而上”的材料累加的制造方法。相比于传统制造技术，3D打印技术能大幅缩短生产周期、降低生产成本，在一些复杂功能、复杂结构、难加工易变形零部件等制造方面优势突显。3D打印技术能够提高产品设计灵活性，促进产品开发思维的转变，引发工业生产模式的巨大变革。
采用3D打印技术制备高性能、高精度的金属零部件的难点之一就在于需要获得适宜的3D打印金属粉末。目前，打印技术制造模具时，沉积材料中多元合金元素会发生化学冶金反应产生气体，空心粉会导致沉积材料中出现气孔、裂纹等缺陷。常规的模具钢粉末由于粒径不均匀、氧含量高等原因难以满足模具3D打印成型的特殊需求。
发明内容
本发明提供了一种3D打印方法及其使用的3Cr5MoSiV1模具钢粉末，该方法获得的模具产品平整光滑、无气孔、无裂纹，所提供的金属粉末球形度高、粒径均匀、含氧量小，适合作为高精度金属零部件的3D成形材料。
需要说明的是，本发明的粉末采用以下指标：1. 粒度范围，金属粉末颗粒的大小，通常用颗粒的直径来表征；2. 流动性，是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间来表示，通常采用的单位为s/50g，其数值越小说明该粉末的流动性愈好；3. 球形度，颗粒的形状与球体相似的程度；4. D50，描述粉末平均粒度的指标，指一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。
根据本发明一方面，本发明提供了一种3D打印模具的方法，其特征在于包括以下步骤：
准备3Cr5MoSiV1模具钢粉末，该粉末各元素的质量分数为：0.26－0.33%C，0.8－1.2%Si，0.2－0.5%Mn，4.75－5.5%Cr，1.1－1.75%Mo，0.8－1.3%V，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质，其中，该粉末的D50为25-50μm，流动性为16-23s/50g；
利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具一种用于模具3D打印成形用3Cr5MoSiV1模具钢粉末，其各元素的质量分数为：0.26-0.33%C，0.8-1.2%Si，0.2-0.5%Mn，4.75-5.5%Cr，1.1-1.75%Mo，0.8-1.2%V，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，该粉末的D50为22-50μm，流动性为14-23s/50g。
根据本发明一方面，该金属粉末粒度分布为：利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具具体为利用该粉末激光选区烧结出预定结构的钢模具。
根据本发明一方面，该粉末的球形度≥ 90%。
根据本发明一方面，该粉末的含氧量≦160ppm。
根据本发明一方面，该粉末的空心粉率＜0.8%。
根据本发明一方面，该粉末的制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼钢锭，应用中频感应加热熔化钢锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.8-3.8MPa，收得粉末后进行粒度筛分。
根据本发明一方面，还提供了一种如上所述方法中使用的模具钢粉末。
根据本发明一方面，真空度的控制对于粉末含氧量等指标有重大影响，喷粉气体氩气的压力控制是控制粉末粒度、球形度和成粉率的核心参数，需要全面根据液流情况及各个喷粉时期做出精确调整。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1. 模具3D打印成型方法可以得到表面平整光滑、无气孔、无裂纹的组织，该技术对金属粉末粒度、流动性、空心粉率等指标有特殊要求。
2．该金属粉末具有优选合金含量搭配，能够适应模具3D打印成型，成型件有优异的组织性能，可满足模具生产要求，本发明所涉及的3D打印用模具钢粉末适用于该成型技术。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。实施例中目标产物中各元素的质量分数如表1所示，性能参数如表2所示。
表1 模具3D打印成型用3Cr5MoSiV1模具钢粉末成分（质量分数，%）
| 实施例 | C | Cr | Mo | V | Mn | Si | P | S | Fe |
| 实施例1 | 0.26 | 5.3 | 1.4 | 1.3 | 0.3 | 1.1 | ≤0.03 | ≤0.03 | 余量 |
| 实施例2 | 0.28 | 5.0 | 1.3 | 1.0 | 0.3 | 1.0 | ≤0.03 | ≤0.03 | 余量 |
| 实施例3 | 0.31 | 4.9 | 1.5 | 1.2 | 0.4 | 0.8 | ≤0.03 | ≤0.03 | 余量 |
表2 模具3D打印成型用3Cr5MoSiV1模具钢粉末性能参数
| 实施例 | 粒度μm | 流动性s/50g | 球形度% | D50/μm |
| 实施例1 | 11-60 | 18 | 93 | 26 |
| 实施例2 | 12-63 | 16 | 95 | 35 |
| 实施例3 | 11-65 | 17 | 94 | 31 |
表3 模具3D打印成型件性能参数
| 实施例 | 热处理后强度MPa | 致密度 | 表面光洁度Ra/μm |
| 实施例1 | 1670 | 0.986 | 10.0 |
| 实施例2 | 1780 | 0.991 | 6.5 |
| 实施例3 | 1710 | 0.989 | 8.5 |
实施例1
本实施例提供了一种3D打印模具的方法，包括以下步骤：
准备3Cr5MoSiV1模具钢粉末，该粉末各元素的质量分数为：0.26－0.33%C，0.8－1.2%Si，0.2－0.5%Mn，4.75－5.5%Cr，1.1－1.75%Mo，0.8－1.3%V，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质，其中，该粉末的D50为25-50μm，流动性为14-23s/50g；
利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具。
优选地，利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具具体为利用该粉末激光选区烧结出预定结构的钢模具。
优选地，该粉末的粒度分布为10-100μm，球形度≥ 92%。
优选地，该粉末的含氧量≦180ppm。
优选地，该粉末的空心粉率＜0.8%。
优选地，该粉末的制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼钢锭，应用中频感应加热熔化钢锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.8-3.8MPa，收得粉末后进行粒度筛分。
优选地，还提供了一种如上所述方法中使用的模具钢粉末。该粉末为模具3D打印成形用3Cr5MoSiV1模具钢粉末。该3D打印成型工艺，采用激光选区熔融技术(SLM)。
优选地，模具钢金属粉末各元素的质量分数为：0.26%C，5.3%Cr，1.4%Mo，1.3%V，0.3%Mn，1.1%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，该金属粉末粒度分布为：11-60μm，流动性：18 s/50g，球形度≥93%，含氧量≦160ppm， D50=26μm，空心粉率＜0.8%。
优选地，制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼钢锭，应用中频感应加热熔化钢锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.8-3.8MPa，收得粉末后进行粒度筛分。
应用筛分后的粉末，采用SLM技术，进行模具3D打印成型。
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例1所示。实施例1的性能参数如表2所示。应用实施例1进行3D打印成型的模具性能参数如表3所示。
实施例2
与实施例1的不同之处在于以下方面。其各元素的质量分数为：0.28%C，5.0%Cr，1.3%Mo，1.0%V，0.3%Mn，1.0%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
该金属粉末粒径为：12-63μm，流动性：16s/50g，球形度≥95%，D50=35μm。
制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼钢锭，应用中频感应加热熔化钢锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力2MPa，收得粉末后进行粒度筛分。
应用筛分后的粉末，采用SLM技术，进行模具3D打印成型。
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例2所示。实施例2的性能参数如表2所示。应用实施例2进行3D打印成型的模具性能参数如表3所示。
实施例3
与实施例1的不同之处在于以下方面。其各元素的质量分数为：0.31%C，4.9%Cr，1.5%Mo，1.2%V，0.4%Mn，0.8%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
该金属粉末粒径为：11-65μm，流动性：17s/50g，球形度≥94%，D50=31μm。
制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼钢锭，应用中频感应加热熔化钢锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力3MPa，收得粉末后进行粒度筛分。
应用筛分后的粉末，采用SLM技术，进行模具3D打印成型。
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例3所示。实施例3的性能参数如表2所示。应用实施例3进行3D打印成型的模具性能参数如表3所示。
本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种3D打印模具的方法，其特征在于包括以下步骤：
准备3Cr5MoSiV1模具钢粉末，该粉末各元素的质量分数为：0.26－0.33%C，0.8－1.2%Si，0.2－0.5%Mn，4.75－5.5%Cr，1.1－1.75%Mo，0.8－1.3%V，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质，其中，该粉末的D50为25-50μm，流动性为16-23s/50g；
利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用该粉末3D打印出预定结构的钢模具具体为利用该粉末激光选区烧结出预定结构的钢模具。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：该粉末的粒度分布为10-100μm，球形度≥ 92%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：该粉末的含氧量≦180ppm。
5.如权利要求1-4所述的方法，其特征在于，该粉末的空心粉率＜0.8%。
6.如权利要求1-5所述的方法，其特征在于，该粉末的制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼钢锭，应用中频感应加热熔化钢锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.8-3.8MPa，收得粉末后进行粒度筛分。
7.一种如权利要求1-6所述方法中使用的模具钢粉末。
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