CN108950464A - 一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法 - Google Patents

一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其包括以下步骤：S1、打印模具；S2、零件的固溶热处理；S3、零件的线切割和清粉；S4、零件表面处理；S5、零件表面涂层制备及涂覆；S6、热处理；S7、机加工：作为机加工余量，去除0.3‑0.5mm的零件表面涂层。本发明提供一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，本发明其通过等离子喷涂工艺可将NiCrBSi涂层均匀涂覆在模具零件表面，表面硬度均匀一致，使模具表面硬度可达56‑65HRC。

Description

一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体地涉及一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法。
背景技术
18Ni300是选区激光熔化(SLM，下文简称金属3D打印)专用马氏体时效钢，具有强度高、焊接性能好、韧性以及冷热加工性能好等特点，在注塑模具行业随形冷却部件的定制方面，可加工无法通过传统制造手段加工的流道，提高模具的冷却效率和产品质量，使生产周期、成本、效率方面得到最大化。
但现在金属3D打印模具存在以下缺点：
①金属3D打印态的18Ni300模具钢硬度在30-35HRC之间，经时效热处理后硬度在48-54HRC之间，不能完全满足复杂工况注塑模具的需求。
②尺寸较大、壁厚不均匀的零件经热处理后，易出现表面硬度不均匀的现象。
③金属3D打印模具零件经时效热处理后，韧性较低，较易开裂。18Ni300模具钢耐腐蚀性能较差，易生锈。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其通过等离子喷涂工艺可将NiCrBSi涂层均匀涂覆在模具零件表面，表面硬度均匀一致，使模具表面硬度可达56-65HRC。
具体地，本发明提供一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其包括以下步骤：
S1、打印模具：将模具零件三维模型进行分层处理，将分层数据导入至金属打印机，通过层层熔化18Ni300模具钢粉末，得到模具零件；
S2、零件的固溶热处理：将带成型基板的模具零件进行固溶热处理，固溶热处理具体为：随炉升温至820℃-860℃，保温0.5h-1.5h，随炉冷却至500℃后取出空冷；
S3、零件的线切割和清粉：将零件采用线切割的方法与成型基板分离后，置于真空干燥箱中80℃保温6h，烘干后用0.6MPa的压缩气体通入随形水路进水口，同时用吸尘器对准出水口，将内部水路中的金属粉末移入吸尘器中；
S4、零件表面处理：将零件表面擦洗干净，进行喷砂，最后用压缩空气清理干净零件表面；
S5、零件表面涂层制备及涂覆：模具零件表面涂层采用大气等离子喷涂的方法制备，所用材料为NiCrBSi合金粉末，NiCrBSi合金粉末的成分为：1-1.5％的Fe，15-17％的Cr,3-5％的B,大于0且低于0.6％的C，剩余为Ni；
S6、热处理：将零件进行去应力热处理，具体为：300℃/h随炉升温至500℃，保温1h，随炉冷却至300℃后取出空冷。
优选地，S5中零件表面涂层制备的方法具有包括以下步骤：
S51、将上述比例的各成份混合均匀得到金属粉末，在80℃中烘干3h；
S52、将零件进行预热，零件预热温度为120-150℃；
S53、制备过程中采用氩气保护，氩气压力为0.3-0.6MPa，流量为50-70L/min，防止涂层材料烧蚀氧化；送粉速率为60-90g/min，涂层厚度为0.5-0.9mm。
优选地，步骤S1中打印用激光功率为320-400W，扫描速度为0.6-1.5m/s，打印层厚为20-60微米。
优选地，步骤S4中用丙酮将零件表面擦洗干净。
优选地，步骤S4中喷砂压力为0.4-0.6MPa，磨料为80目的棕刚玉颗粒。
优选地，步骤S53中喷枪与工件距离为150-180mm。
优选地，S7、机加工：作为机加工余量，去除0.3-0.5mm的零件表面涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
①本发明能够使模具表面硬度可达56～65HRC，通过等离子喷涂工艺可将NiCrBSi涂层均匀涂覆在模具零件表面，表面硬度均匀一致。
②本发明的金属3D打印模具零件经固溶热处理后，残余应力得到释放，内部组织均匀，零件韧性得到提升。
③本发明的NiCrBSi涂层具有一定的抗腐蚀能力，在注塑模具常规使用工况下不易生锈，降低了模具零件的保养费用。
附图说明
图1为该发明的流程示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
具体地，本发明提供一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其包括以下步骤：
S1、打印模具：将模具零件三维模型进行分层处理，将分层数据导入至金属打印机，通过层层熔化18Ni300模具钢粉末，得到模具零件。
S2、零件的固溶热处理：将带成型基板的模具零件进行固溶热处理，固溶热处理具体为：随炉升温至820℃-860℃，保温0.5h-1.5h，随炉冷却至500℃后取出空冷。
S3、零件的线切割和清粉：将零件采用线切割的方法与成型基板分离后，置于真空干燥箱中80℃保温6h，烘干后用0.6MPa的压缩气体将内部水路中的金属粉末清理干净。
S4、零件表面处理：将零件表面擦洗干净，进行喷砂，最后用压缩空气清理干净零件表面。
S5、零件表面涂层制备及涂覆：模具零件表面涂层采用大气等离子喷涂的方法制备，所用材料为NiCrBSi合金粉末，NiCrBSi合金粉末的成分为：1-1.5％的Fe，15-17％的Cr,3-5％的B,大于0且低于0.6％的C，剩余为Ni。
S6、热处理：将零件进行去应力热处理，具体为：300℃/h随炉升温至500℃，保温1h，随炉冷却至300℃后取出空冷。
S7、机加工：作为机加工余量，去除0.3-0.5mm的零件表面涂层。
优选地，S5中零件表面涂层制备的方法具有包括以下步骤：
S51、将上述比例的各成份混合均匀得到混合粉末，混合粉末在80℃中烘干3h；
S52、零件预热温度为120-150℃；
S53、制备过程中采用氩气保护，氩气压力为0.3-0.6MPa，流量为50-70L/min，防止涂层材料烧蚀氧化；送粉速率为60-90g/min，涂层厚度为0.5-0.9mm。
优选地，步骤S1中打印用激光功率为320-400W，扫描速度为0.6-1.5m/s，打印层厚为20-60微米。
优选地，步骤S4中用丙酮将零件表面擦洗干净。
优选地，步骤S4中喷砂压力为0.4-0.6MPa，磨料为80目的棕刚玉颗粒。
优选地，步骤S53中喷枪与工件距离为150-180mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
①本发明能够使模具表面硬度可达56～65HRC，通过等离子喷涂工艺可将NiCrBSi涂层均匀涂覆在模具零件表面，表面硬度均匀一致。
②本发明的金属3D打印模具零件经固溶热处理后，残余应力得到释放，内部组织均匀，零件韧性得到提升。
③本发明的NiCrBSi涂层具有一定的抗腐蚀能力，在注塑模具常规使用工况下不易生锈，降低了模具零件的保养费用。
具体实例：
同一批次打印10个30×30×10mm3的18Ni300模具钢试样块，进行不同等离子喷涂工艺参数涂层制备实验，热处理后进行硬度测试，每2个一组，利用相同等离子喷涂工艺参数涂层制备实验，在实际实验中，取两组的平均值作为该参数下的实验结果。实验证明，氩气压力为0.3-0.6MPa，流量为50-70L/min，防止涂层材料烧蚀氧化；送粉速率为60-90g/min，涂层厚度为0.5-0.9mm时，能够显著提高模具表面硬度。
测试结果如下表1所示。
表1
具体实施例
粉末在80℃中烘干3h；零件预热温度为120～150℃；
制备过程中采用氩气保护，氩气压力为0.3～0.6MPa，流量为50～70L/min；防止涂层材料烧蚀氧化；送粉速率为60～90g/min，喷枪与工件距离为150～180mm；涂层厚度为0.5～0.9mm。
热处理：将零件置于马弗炉中进行去应力热处理，制度为：300℃/h随炉升温至500℃，保温1h，随炉冷却至300℃后取出空冷。
机加工：将零件表面的涂层0.3～0.5mm作为机加工余量去除。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
①本发明能够使模具表面硬度可达56～65HRC，通过等离子喷涂工艺可将NiCrBSi涂层均匀涂覆在模具零件表面，表面硬度均匀一致。
②本发明的金属3D打印模具零件经固溶热处理后，残余应力得到释放，内部组织均匀，零件韧性得到提升。
③本发明的NiCrBSi涂层具有一定的抗腐蚀能力，在注塑模具常规使用工况下不易生锈，降低了模具零件的保养费用。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、打印模具：将模具零件三维模型进行分层处理，将分层数据导入至金属打印机，通过层层熔化18Ni300模具钢粉末，得到模具零件；
S2、零件的固溶热处理：将带成型基板的模具零件进行固溶热处理，固溶热处理具体为：随炉升温至820℃-860℃，保温0.5h-1.5h，随炉冷却至500℃后取出空冷；
S3、零件的线切割和清粉：将模具零件采用线切割的方法与成型基板分离后，置于真空干燥箱中80℃保温6h，烘干后用0.6MPa的压缩气体将内部水路中的金属粉末清理干净；
S4、零件表面处理：将模具零件表面擦洗干净，进行喷砂，最后用压缩空气清理干净零件表面；
S5、零件表面涂层制备及涂覆：模具零件表面涂层采用大气等离子喷涂的方法制备，所用材料为NiCrBSi合金粉末，NiCrBSi合金粉末的成分为：1-1.5％的Fe，15-17％的Cr,3-5％的B,大于0且低于0.6％的C，剩余为Ni；
S6、热处理：将模具零件进行去应力热处理，具体为：300℃/h随炉升温至500℃，保温1h，随炉冷却至300℃后取出空冷。
2.根据权利要求1所述的提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：S5中零件表面涂层制备的方法具有包括以下步骤：
S51、将上述比例的各成份混合均匀得到混合粉末，混合粉末在80℃中烘干3h；
S52、零件预热温度为120-150℃；
S53、制备过程中采用氩气保护，氩气压力为0.3-0.6MPa，流量为50-70L/min，防止涂层材料烧蚀氧化；送粉速率为60-90g/min，涂层厚度为0.5-0.9mm。
3.根据权利要求1所述的提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：步骤S1中打印用激光功率为320-400W，扫描速度为0.6-1.5m/s，打印层厚为20-60微米。
4.根据权利要求1所述的提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：步骤S4中用丙酮将零件表面擦洗干净。
5.根据权利要求1所述的提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：步骤S4中喷砂压力为0.4-0.6MPa，磨料为80目的棕刚玉颗粒。
6.根据权利要求2所述的提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：步骤S53中喷枪与工件距离为150-180mm。
7.根据权利要求1所述的提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法，其特征在于：还包括S7、机加工：作为机加工余量，去除0.3-0.5mm的零件表面涂层。
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