CN108950464B - 一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法 - Google Patents
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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
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 (5)
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;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;
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;
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;
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:步骤S4中用丙酮将零件表面擦洗干净。
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S4中喷砂压力为0.4-0.6MPa,磨料为80目的棕刚玉颗粒。
4.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。
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: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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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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