DE102016202885B4 - Selective laser sintering process - Google Patents
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Abstract
Ein selektives Lasersinterverfahren, aufweisend:abwechselndes Wiederholeneines Schrittes des Aufbauens von Metallpulver in Schichten, das Metallpulver aus einem siliziumreichen Edelstahl gemacht, enthaltend C: weniger als 0,020, Si: 3,0 - 5,0,Mn: 0,5 - 1,5, Cu: 0,8 - 1,2, Ni: 6,0 - 7,0, Cr: 10,0 - 13,0, Mo: 0,3 - 1,0, Nb: 0,30 - 1,00 in Gewichtsprozenten, und einen Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen, undeines Schrittes des selektiven Anwendens eines Lasers auf das in Schichten aufgebauten Metallpulver, um das Metallpulver zu schmelzen und zu sintern,wobei die Energiedichte E berechnet durch die folgende Formel 36 bis 124 [J/mm3] beträgtE=P/v×s×t,wobei P die Leistung des Lasers ist, v die Scangeschwindigkeit des Lasers ist, s der Scanvorschub des Lasers ist, und t die Laminierungsdicke der Schicht des Metallpulvers ist,wobei die Partikelgröße des Metallpulvers 32 bis 62 Mikrometer beträgt undwobei das Verfahren ferner ein Wärmebehandlungsverfahren umfasst, aufweisendeinen Schritt des Durchführens einer Lösungsbehandlung bei 1050°C für 20 Minuten an einem geformten Produkt, geformt durch das selektive Lasersinterverfahren und anschließender Wasserkühlung undeinen Schritt des Durchführens einer Aushärtbehandlung bei 480°C für 7 Stunden an dem geformten Produkt nach der Lösungsbehandlung und anschließender Luftkühlung.A selective laser sintering method, comprising: alternately repeating a step of building up metal powder in layers, the metal powder made of a silicon-rich stainless steel containing C: less than 0.020, Si: 3.0 - 5.0, Mn: 0.5 - 1.5 , Cu: 0.8 - 1.2, Ni: 6.0 - 7.0, Cr: 10.0 - 13.0, Mo: 0.3 - 1.0, Nb: 0.30 - 1.00 in weight percent, and a balance of Fe and inevitable impurities, and a step of selectively applying a laser to the metal powder built up in layers to melt and sinter the metal powder,wherein the energy density E is calculated by the following formula 36 to 124 [J/ mm3] is E=P/v×s×t, where P is the power of the laser, v is the scanning speed of the laser, s is the scanning feed of the laser, and t is the lamination thickness of the layer of metal powder, where the particle size of the metal powder is 32 to 62 microns and wherein the method further comprises a heat treatment process having an S a step of performing a solution treatment at 1050°C for 20 minutes on a molded product molded by the selective laser sintering method and then water cooling, and a step of performing an aging treatment at 480°C for 7 hours on the molded product after the solution treatment and then air cooling.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasersinterverfahren, das ein Metallpulver mit einem Laser sintert und es laminiert, um eine gewünschte dreidimensionale Form aufzubauen.The present invention relates to a laser sintering method that sinter a metal powder with a laser and laminates it to build a desired three-dimensional shape.
Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the prior art
Metallpulver-Additive-Fertigung bzw. generatives Fertigen mit Metallpulver bzw. Metallpulver-3D-Druck ist ein 3D-Formen, das keinerlei Gussform benötigt, und es ist als eine Sorte von Rapid Prototyping (RP) aufgefallen, die auf schnelle Weise einen Prototyp unter Verwendung von 3D-CAD-Daten herstellt. Neuerdings sind mit dem in der 3D-Drucktechnologie gemachten Fortschritt Faktoren wie beispielsweise eine Zunahme bei der Genauigkeit von Produkten, eine Zunahme bei der Geschwindigkeit der Herstellung, und eine Zunahme bei den Materialsorten hinzugekommen, und dieses Herstellungsverfahren heißt nun additives Fertigen (AM), das nicht auf Herstellungsprototypen beschränkt ist und das direkt Endprodukte herstellen kann. Die Anwendungen, auf die dieses Verfahren angewendet werden kann, sind vielfältig geworden, und es kann nicht nur auf Formen und Maschinenteile angewandt werden, sondern auch auf kundenspezifische medizinische Teile wie künstliche Gelenke und künstliche Kronen.Metal powder additive manufacturing or generative manufacturing with metal powder or metal powder 3D printing is a 3D molding that does not require any casting mold, and it has been noticed as a type of rapid prototyping (RP) that quickly takes a prototype Using 3D CAD data. Recently, with the progress made in 3D printing technology, there have been factors such as an increase in the accuracy of products, an increase in the speed of manufacture, and an increase in the types of materials, and this manufacturing process is now called additive manufacturing (AM), that is is not limited to manufacturing prototypes and that can directly manufacture end products. The applications to which this method can be applied have become diverse, and it can be applied not only to molds and machine parts, but also to custom medical parts such as artificial joints and artificial crowns.
Weil Metallpulver-Additive-Fertigung ein generatives Fertigen ist, das Material an ein erforderliches Teil anfügt, ist es möglich, Teile zu fertigen, die Formen haben, die nicht durch die existierenden Verarbeitungsverfahren (Schmieden, Gießen, Schneiden, usw.) gefertigt werden konnten, wie beispielsweise eine Spritzgussform, wo ein beliebiger Kühlkanal, geeignet für eine Produktform, innerhalb der Form platziert ist, und eine Flugzeugkomponente, wie etwa eine Kraftstoffeinspritzdüse eines Düsenjetmotors mit einer komplexen Form.Because powder metal additive manufacturing is additive manufacturing that attaches material to a required part, it is possible to manufacture parts that have shapes that could not be made by the existing processing methods (forging, casting, cutting, etc.) such as an injection mold where any cooling channel suitable for a product shape is placed within the mold, and an aircraft component such as a fuel injector of a jet engine having a complex shape.
Beispielsweise offenbart die
Jedoch gibt es aufgrund von Auflagen der Gerätehersteller nur wenige Sorten von Material, die durch dieses Verfahren geformt werden können, was die Ausweitung der Anwendungen behindert, auf die dieses Verfahren angewandt werden kann.However, due to equipment manufacturer restrictions, there are few grades of material that can be molded by this process, which hinders the expansion of the applications to which this process can be applied.
Die
Aus der
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In Anbetracht des Voherstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein selektives Lasersinterverfahren bereitzustellen, unter Verwendung einer neuen Sorte von Stahl.In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a selective laser sintering process using a new type of steel.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein selektives Lasersinterverfahren bereitgestellt, das einen Schritt des Aufbauens von Metallpulver in Schichten, das Metallpulver aus einem siliziumreichen Edelstahl gemacht, enthaltend C: weniger als 0,020, Si: 3,0 - 5,0, Mn: 0,5 - 1,5, Cu: 0,8 - 1,2, Ni: 6,0 - 7,0, Cr: 10,0 - 13,0, Mo: 0,3 - 1,0, Nb: 0,30 - 1,00 in Gewichtsprozenten, und einen Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen, und einen Schritt des selektiven Anwendens eines Lasers auf das in Schichten aufgebaute Metallpulver, um das Metallpulver zu schmelzen und zu sintern, abwechselnd wiederholt, wobei die Energiedichte E 36 bis 124 [J/mm3] beträgt.According to a first aspect of the present invention there is provided a selective laser sintering method comprising a step of building metal powder in layers, the metal powder made of a silicon-rich stainless steel containing C: less than 0.020, Si: 3.0-5.0, Mn: 0.5 - 1.5, Cu: 0.8 - 1.2, Ni: 6.0 - 7.0, Cr: 10.0 - 13.0, Mo: 0.3 - 1.0, Nb: 0.30-1.00 in weight percent, and a balance of Fe and inevitable impurities, and a step of selectively applying a laser to the layered metal powder to melt and sinter the metal powder, alternately repeated with the energy density E. 36 to 124 [J / mm 3 ].
Eine Partikelgröße des Metallpulvers beträgt 32 bis 62 Mikrometer.
Eine Energiedichte E beträgt 50 bis 124 [J/mm3].
Eine Energiedichte E beträgt 50 bis 118 [J/mm3].A particle size of the metal powder is 32 to 62 micrometers.
An energy density E is 50 to 124 [J / mm 3 ].
An energy density E is 50 to 118 [J / mm 3 ].
Es wird auch ein Wärmebehandlungsverfahren bereitgestellt, aufweisend einen Schritt des Durchführens einer Lösungsglühbehandlung an einem geformten Produkt, geformt durch das selektive Lasersinterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, und einen Schritt des Durchführens einer Aushärtungsbehandlung bzw. Vergütungsbehandlung an dem geformten Produkt nach der Lösungsglühbehandlung.There is also provided a heat treatment method comprising a step of performing solution treatment on a molded product formed by the selective laser sintering method according to any one of
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Metallpulver bereitgestellt, das in einem selektiven Lasersinterverfahren verwendet wird, das selektiv einen Laser auf Metallpulver anwendet, um das Metallpulver zu schmelzen und zu sintern für eine Schichtung bzw. Laminierung, wobei das Metallpulver aus einem siliziumreichen Edelstahl gemacht ist, enthaltend C: weniger als 0,020, Si: 3,0 - 5,0, Mn: 0,5 - 1,5, Cu: 0,8 - 1,2, Ni: 0,8 - 1,2, Cr: 10,0 - 13,0, Mo: 0,3 - 1,0, Nb:
0,30 - 1,00 in Gewichtsprozenten, und einen Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen.According to a second aspect, there is provided a metal powder used in a selective laser sintering process that selectively applies a laser to metal powder to melt and sinter the metal powder for lamination, the metal powder being made of a silicon-rich stainless steel, containing C: less than 0.020, Si: 3.0-5.0, Mn: 0.5-1.5, Cu: 0.8-1.2, Ni: 0.8-1.2, Cr: 10 , 0 - 13.0, Mo: 0.3 - 1.0, Nb:
0.30 - 1.00 in percent by weight, and a remainder of Fe and inevitable impurities.
Die Partikelgröße des Metallpulvers beträgt 32 bis 62 Mikrometer.The particle size of the metal powder is 32 to 62 micrometers.
Es wird ein geformtes Produkt bereitgestellt, geformt durch das oben beschriebene Lasersinterverfahren.There is provided a molded product formed by the laser sintering method described above.
Es wird ein geformtes Produkt bereitgestellt, wärmebehandelt durch das oben beschriebene Wärmebehandlungsverfahren.There is provided a molded product heat-treated by the heat treatment method described above.
Erfindungsgemäß wird ein selektives Lasersinterverfahren, das eine neue Sorte von Stahl verwendet, bereitgestellt.According to the invention, a selective laser sintering process using a new type of steel is provided.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher aus der untenstehenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, welche lediglich zur Veranschaulichung dienen und daher nicht als einschränkend für die vorliegende Erfindung zu betrachten sind.The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description and accompanying drawings, which are used for the purpose of illustration only and are therefore not to be considered as limiting the present invention.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt Fotografien von Siliziumlegierung-A2-Pulver.1 shows photographs of silicon alloy A2 powder. -
2 zeigt eine Fotografie einer Probe.2 shows a photograph of a specimen. -
3 zeigt einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen einer Energiedichte E und einer relativen Dichte D darstellt.3 FIG. 13 is a graph showing a relationship between an energy density E and a relative density D. FIG. -
4 zeigt einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen einer Laserscangeschwindigkeit v und einer relativen Dichte D darstellt.4th FIG. 13 is a graph showing a relationship between a laser scanning speed v and a relative density D. FIG. -
5 zeigt einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen einer Energiedichte E und einer relativen Dichte D darstellt.5 FIG. 13 is a graph showing a relationship between an energy density E and a relative density D. FIG. -
6 zeigt einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen einem Scanvorschub s und einer relativen Dichte D darstellt.6th FIG. 13 is a graph showing a relationship between a scan feed rate s and a relative density D. FIG. -
7 zeigt Fotografien des Längsprofils eines geformten Produktes nach dem Formen.7th shows photographs of the longitudinal profile of a molded product after molding. -
8 zeigt Fotografien des Längsprofils einer Probe nach der Lösungsglühbehandlung.8th shows photographs of the longitudinal profile of a sample after the solution treatment. -
9 zeigt Fotografien des Längsprofils einer Probe nach der Aushärtbehandlung.9 shows photographs of the longitudinal profile of a sample after the curing treatment. -
10 zeigt ein Balkendiagramm, das Testergebnisse eines Härtetests darstellt.10 Fig. 13 is a bar graph showing test results of a hardness test. -
11 ist eine Ansicht, die die Größe und Form einer Probe eines Zugbeanspruchungstests darstellt.11th Fig. 13 is a view showing the size and shape of a tensile test specimen. -
12 zeigt eine Fotografie einer Probe eines Zugbeanspruchungstests.12th Figure 12 shows a photograph of a sample from a tensile stress test. -
13 zeigt ein Balkendiagramm, das Testergebnisse eines Zugbeanspruchungstests darstellt.13th Fig. 13 is a bar graph showing test results of a tensile stress test. -
14 ist ein Flussdiagramm eines selektiven Lasersinterverfahrens und ein Flussdiagramm eines Wärmebehandlungsverfahrens.14th Fig. 13 is a flow chart of a selective laser sintering process and a flow chart of a heat treatment process.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
1. Stahlsorte1. Type of steel
Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat eine genaue Untersuchung dahingehend gemacht, ob Ausscheidungshärtungsedelstahl, der im hohen Maße Si und extrem wenig C enthält, als Stahlsorte eines Metallpulvers verwendet werden kann, das in einem selektiven Lasersinterverfahren verwendet werden soll, und berichtet die Untersuchungsergebnisse in dieser Beschreibung. Im Folgenden wird der Ausscheidungshärtungsedelstahl „Siliziumlegierungsstahl“ genannt. Es gibt eine Vielzahl von Komponentenspezifikationen von Siliziumlegierungsstahl, und der in Tabelle 1 gezeigte Siliziumlegierungsstahl A2 wird in diesem Formgebungstest ausgewählt. Ferner wird das Pulver aus Siliziumlegierungsstahl A2 einfach „Siliziumlegierung-A2-Pulver“ genannt. In der folgenden Tabelle 1 sind die Komponenten des Siliziumlegierungsstahls und Siliziumlegierungsstahls A2 im Vergleich zu der Komponentenspezifikation von typischen SUS630 gezeigt. Beachte, dass Siliziumlegierungsstahl A2 ein Bereich ist, wo drei Phasen, die Ferrit, Austenit und Martensit sind, koexistieren. Tabelle 1
Genauer gesagt ist Siliziumlegierungsstahl Edelstahl mit hohem Siliziumanteil, enthaltend C: weniger als 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: 1.0-24.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03∼2.0 in Gewichtsprozenten, und einen Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen.More specifically, silicon alloy steel is high silicon stainless steel containing C: less than 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: 1.0-24.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2- 4.0, Nb: 0.03∼2.0 in percent by weight, and a remainder of Fe and inevitable impurities.
Ferner ist Siliziumlegierungsstahl A2 ein Edelstahl mit hohem Siliziumanteil, enthaltend C: weniger als 0.20, Si: 3.0∼5.0, Mn: 0.05∼61.5, Cu: 0.8∼1.2, Ni: 6.0∼7.0, Cr: 10.0∼13.0, Mo: 0.3∼1.0, Nb: 0.03∼1.00 in Gewichtsprozenten, und einen Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen.Furthermore, silicon alloy steel A2 is a stainless steel with a high silicon content, containing C: less than 0.20, Si: 3.0∼5.0, Mn: 0.05∼61.5, Cu: 0.8∼1.2, Ni: 6.0∼7.0, Cr: 10.0∼13.0, Mo: 0.3 ∼1.0, Nb: 0.03∼1.00 in percent by weight, and a remainder of Fe and inevitable impurities.
C ist ein Element, das die Festigkeit von Stahl erhöht, und es ist essentiell für typischen hochfesten Stahl, einen bestimmen Anteil an C zu enthalten. Jedoch ist es für Siliziumlegierungsstahl, der einen großen Anteil von Si enthält, nicht essentiell, C zu enthalten, weil dessen Festigkeit durch eine besondere Metallstruktur, durch Si erzeugt, sichergestellt ist. Stattdessen ist C ein Element, das die Zähigkeit von Siliziumlegierungsstahl erniedrigt und die Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit ungünstig beeinflusst. Daher ist der Gehalt an C in Siliziumlegierungsstahl bevorzugt so gering wie möglich. Die tolerierbare obere Grenze des Gehalts an C in Siliziumlegierungsstahl beträgt 0,10%, und er beträgt bevorzugter 0,05% oder weniger. Ferner beträgt der Gehalt an C in Siliziumlegierungsstahl A2 weniger als 0,020%.C is an element that increases the strength of steel and it is essential for typical high strength steel to contain a certain amount of C. However, it is not essential for silicon alloy steel, which contains a large amount of Si, to contain C because its strength is ensured by a special metal structure produced by Si. Instead, C is an element that lowers the toughness of silicon alloy steel and adversely affects oxidation resistance and corrosion resistance. Therefore, the content of C in silicon alloy steel is preferably as low as possible. The tolerable upper limit of the content of C in silicon alloy steel is 0.10%, and it is more preferably 0.05% or less. Further, the content of C in silicon alloy steel A2 is less than 0.020%.
Si ist nicht nur das primäre Element, das Stahl seine Festigkeit verleiht, sondern es gibt ihm auch Wärmebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Aufweichbeständigkeit. Ferner ist Si ein Element, das den Schmelzpunkt von Stahl verringert, um die Fließfähigkeit zu erhöhen und dessen Gießbarkeit zu verbessern. Wenn der Gehalt an Si weniger als 2,0% beträgt, sind die Verbesserungen der obigen Eigenschaften ungenügend. Andererseits, weil Si ein stark ferntbildendes Element ist, ist es notwendig, wenn der Gehalt davon 9,0% übersteigt, den Anteil an zugegebenen Ni oder dergleichen zu erhöhen, um zu verhindern, dass die Ferritphase in der Stahlstruktur zu exzessiv wird, was in hohen Materialkosten resultieren würde. Daher beträgt der tolerierbare Gehalt an Si in dem Siliziumlegierungsstahl 2,0% bis 9,0%, und ferner beträgt der tolerierbare Gehalt an Si in Siliziumlegierungsstahl A2 3,0% bis 5,0%.Not only is Si the primary element that gives steel its strength, but it also gives it heat resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, and softening resistance. Furthermore, Si is an element that lowers the melting point of steel in order to increase the flowability and improve its castability. If the content of Si is less than 2.0%, the improvements in the above properties are insufficient. On the other hand, since Si is a highly distant forming element, if the content thereof exceeds 9.0%, it is necessary to increase the amount of Ni or the like added in order to prevent the ferrite phase from becoming too excessive in the steel structure, which is shown in FIG high material costs would result. Therefore, the tolerable content of Si in the silicon alloy steel is 2.0% to 9.0%, and further, the tolerable content of Si in silicon alloy steel A2 is 3.0% to 5.0%.
Mn arbeitet als ein Deoxidierer von Stahl, und es ist auch ein austenitbildentes Element. Obwohl Mn nicht im großen Maße die mechanischen Eigenschaften von Siliziumlegierungsstahl beeinflusst, wird ein Mn Gehalt von 0,05% oder mehr benötigt, weil es zu der Verdichtung und Stabilisierung der Metallstruktur beiträgt. Falls andererseits der Mn Gehalt 6,0% übersteigt, verringert sich die Korrosionsbeständigkeit. Daher beträgt der tolerierbare Gehalt an Mn in Siliziumlegierungsstahl 0,05% bis 6,0% und beträgt ferner der tolerierbare Gehalt an Mn in Siliziumlegierungsstahl A2 0,5% bis 1,5%.Mn works as a deoxidizer of steel and it is also an austenite-forming element. Although Mn does not greatly affect the mechanical properties of silicon alloy steel, an Mn content of 0.05% or more is required because it contributes to densification and stabilization of the metal structure. On the other hand, if the Mn content exceeds 6.0%, the corrosion resistance lowers. Therefore, the tolerable content of Mn in silicon alloy steel is 0.05% to 6.0%, and further, the tolerable content of Mn in silicon alloy steel A2 is 0.5% to 1.5%.
Cu ist eine Komponente, die zu Siliziumlegierungsstahl hinzuzufügen ist, wie benötigt. Cu ist ein Element, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit (insbesondere Säurebeständigkeit) und Ausscheidungshärtung von Siliziumlegierungsstahl beiträgt. Ferner ist Cu ein austenitbildentes Element und trägt zur Einstellung des Gleichgewichts der Metallstruktur bei. Um diese Effekte zu erreichen, beträgt der Gehalt an Cu bevorzugt 0,5% oder mehr. Weil jedoch der Cu Gehalt, der 4,0% übersteigt, einen Rückgang der Wärmeverformbarkeit von Stahl verursacht, ist die obere Grenze des Cu Gehalts, wenn zum Siliziumlegierungsstahl hinzugefügt, 4,0%. Daher beträgt der tolerierbare Gehalt an Cu in Siliziumlegierungsstahl 0,5% bis 4,0%. Er beträgt bevorzugter 2,0% oder weniger. Ferner beträgt der tolerierbare Gehalt an Cu in Siliziumlegierungsstahl A2 0,8% bis 1,2%.Cu is a component to be added to silicon alloy steel as needed. Cu is an element that contributes to improving the corrosion resistance (especially acid resistance) and precipitation hardening of silicon alloy steel. Furthermore, Cu is an austenite-forming element and contributes to the adjustment of the balance of the metal structure. In order to achieve these effects, the content of Cu is preferably 0.5% or more. However, because the Cu content exceeding 4.0% causes a decrease in the heat ductility of steel, the upper limit of the Cu content when added to the silicon alloy steel is 4.0%. Therefore, the tolerable content of Cu in silicon alloy steel is 0.5% to 4.0%. It is more preferably 2.0% or less. Furthermore, the tolerable content of Cu in silicon alloy steel A2 is 0.8% to 1.2%.
Ni ist ein Element, das Stahl Korrosionsbeständigkeit (insbesondere Säurebeständigkeit), Oxidationsbeständigkeit and Hitzebeständigkeit verleiht, und es ist essentiell, um wesentlich die Duplexmetallstruktur von Stahl in einem guten Gleichgewicht mit Cr, was als nächstes beschrieben wird, zu halten. Um diese Effekte zu erhalten, ist ein Ni Gehalt von 1,0% oder mehr erforderlich. Falls, andererseits, der Ni Gehalt 24% übersteigt, steigt die Austenitphase exzessiv an, was den Verlust von nicht nur den Charakteristiken des Duplexedelstahls verursacht, sondern auch die Kosteneffizienz von Stahl verringert. Daher beträgt der tolerierbare Gehalt an Ni in Siliziumlegierungsstahl 1,0% bis 24,0%. Ferner beträgt der tolerierbare Gehalt an Ni in Siliziumlegierungsstahl A2 6,0% bis 7,0%.Ni is an element that imparts corrosion resistance (particularly acid resistance), oxidation resistance and heat resistance to steel, and it is essential to substantially keep the duplex metal structure of steel in good balance with Cr, which will be described next. In order to obtain these effects, a Ni content of 1.0% or more is required. On the other hand, if the Ni content exceeds 24%, the austenite phase increases excessively, which causes the loss of not only the characteristics of the duplex stainless steel but also lowers the cost efficiency of steel. Therefore, the tolerable content of Ni in silicon alloy steel is 1.0% to 24.0%. Further, the tolerable content of Ni in silicon alloy steel A2 is 6.0% to 7.0%.
Cr ist eine Komponente, die die grundlegenden Charakteristiken von Edelstahl sicherstellt, welche eine Korrosionsbeständigkeit (insbesondere Säurebeständigkeit), Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit sind. Diese Eigenschaften sind nicht genügend, falls der Cr Gehalt 6,0% oder weniger beträgt. Andererseits, falls der Cr Gehalt mehr als 28% beträgt, erhöht sich der Betrag an Ni, das benötigt wird, um die wesentliche Duplexmetallstruktur von Stahl beizubehalten, so dass die Kosteneffizienz von Stahl verringert ist. Daher beträgt der tolerierbare Gehalt an Cr in Siliziumlegierungsstahl 6,0% bis 28%. Ferner beträgt der tolerierbare Gehalt an Cr in Siliziumlegierungsstahl A2 10,0% bis 13,0%.Cr is a component that ensures the basic characteristics of stainless steel, which are corrosion resistance (especially acid resistance), heat resistance, and oxidation resistance. These properties are insufficient if the Cr content is 6.0% or less. On the other hand, if the Cr content is more than 28%, the amount of Ni required to maintain the essential duplex metal structure of steel increases, so that the cost-effectiveness of steel is decreased. Therefore, the tolerable content of Cr in silicon alloy steel is 6.0% to 28%. Further, the tolerable content of Cr in silicon alloy steel A2 is 10.0% to 13.0%.
Mo erhöht die Korrosionsbeständigkeit (Säurebeständigkeit) und Hochtemperaturfestigkeit, um die Kriechbeständigkeit zu verbessern, und trägt ferner zu einer Erhöhung in der Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit von Siliziumlegierungsstahl bei. Diese Effekte sind nicht genügend, falls der Mo Gehalt 0,2% oder weniger beträgt. Weil Mo ein ferritbildentes Element ist, muss, falls dessen Gehalt in Siliziumlegierungsstahl höher wird, der Betrag eines dazu hinzugefügten austenitbildenden Elements (Ni, Cu, Mn) erhöht werden. Ferner ist Mo ein teures Element. In Anbetracht all dieser Faktoren beträgt der tolerierbare Gehalt an Mo in Siliziumlegierungsstahl 0,2% bis 4,0%. Ferner beträgt der tolerierbare Gehalt an Mo in Siliziumlegierungsstahl A2 0,3% bis 1,0%.Mo increases corrosion resistance (acid resistance) and high temperature strength to improve creep resistance, and also contributes to increases in toughness and wear resistance of silicon alloy steel. These effects are not sufficient if the Mo content is 0.2% or less. Since Mo is a ferrite-forming element, if its content in silicon alloy steel becomes higher, the amount of an austenite-forming element (Ni, Cu, Mn) added thereto must be increased. Furthermore, Mo is an expensive element. With all these factors in mind, the tolerable level is Mo in silicon alloy steel 0.2% to 4.0%. Further, the tolerable content of Mo in silicon alloy steel A2 is 0.3% to 1.0%.
Nb ist ein Element, das wirksam zum Erhöhen der Härtetiefe bei Aushärtbehandlung ist, ohne die Zähigkeit von Siliziumlegierungsstahl herabzusetzen. Ferner verbessert Nb die interkristalline Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit und verbessert auch die Festigkeit des Siliziumlegierungsstahls. Diese Effekte sind signifikant, wenn der Nb Gehalt 0,03% oder mehr beträgt. Falls andererseits der Nb Gehalt mehr als 2,0% beträgt, ist die Wärmeverformbarkeit von Siliziumlegierungsstahl herabgesetzt, und die Zähigkeit ist verringert. Daher beträgt der tolerierbare Gehalt an Nb in Siliziumlegierungsstahl 0,03% bis 2,0%, und bevorzugter 0,1% bis 2,0%. Ferner beträgt der tolerierbare Gehalt an Nb in Siliziumlegierungsstahl A2 0,30% bis 1,00%.Nb is an element effective for increasing the hardening depth in the age hardening treatment without lowering the toughness of silicon alloy steel. Furthermore, Nb improves the intergranular corrosion resistance and weldability, and also improves the strength of the silicon alloy steel. These effects are significant when the Nb content is 0.03% or more. On the other hand, if the Nb content is more than 2.0%, the heat ductility of silicon alloy steel is lowered and the toughness is lowered. Therefore, the tolerable content of Nb in silicon alloy steel is 0.03% to 2.0%, and more preferably 0.1% to 2.0%. Further, the tolerable content of Nb in silicon alloy steel A2 is 0.30% to 1.00%.
Siliziumlegierungsstahl einschließlich Siliziumlegierungsstahl A2 enthält außer den oben beschriebenen Komponenten den Rest von Eisen (Fe) und unvermeidlichen Verunreinigungen. Beachte, dass bevorzugt wird, dass der Gehalt von jedem von P und S, welche Verunreinigungen sind, 0,04% oder weniger beträgt.Silicon alloy steel including silicon alloy steel A2 contains the remainder of iron (Fe) and inevitable impurities in addition to the components described above. Note that it is preferable that the content of each of P and S which are impurities is 0.04% or less.
Nach der oben beschriebenen Tabelle 1 hat Siliziumlegierungsstahl A2 höhere Gehalte an Si, Ni, Mo und Nb beziehungsweise niedrigere Gehalte an Cu und Cr, im Vergleich zu SUS630.According to Table 1 described above, silicon alloy steel A2 has higher contents of Si, Ni, Mo and Nb and lower contents of Cu and Cr, respectively, compared to SUS630.
2. Siliziumlegierung-A2-Pulver2. Silicon alloy A2 powder
Siliziumlegierung-A2-Pulver kann beispielsweise durch Gaszerstäubung hergestellt werden. Gaszerstäubung ist ein Verfahren, durch das eine Legierung, die aus gewünschten Komponenten zusammengesetzt ist, aufgelöst wird, und dann das geschmolzene Metall aus einer Düsenbohrung am Grund eines Zwischenbehälters herausfließt, um einen dünnen Fluss des geschmolzenen Metalls zu erzeugen. Dann wird ein Strahlfluss eines Inertgases wie beispielsweise Argon gegen den Fluss des geschmolzenen Metalls gesprüht, um durch die Energie des Strahlflusses den Fluss aus geschmolzenen Metall nach und nach in eine Pulverform umzuwandeln, und ein erzeugtes Tröpfchen wird, wenn es tropft, erstarrt, um dadurch Legierungspulver zu erzeugen.
3. Selektives Lasersintersystem3. Selective laser sintering system
Ein selektives Lasersintersystem, das in diesem Formgebungstest verwendet wird, ist EOSINT-M280 von der EOS GmbH. Die Spezifikationen dieses selektiven Lasersintersystems werden in der folgenden Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2:
Die Energiedichte E des Lasersintersystems ist durch die folgende Gleichung (1) definiert:
Gleichung 1:
Equation 1:
4. Formgebungstest4. Shaping test
In diesem Formgebungstest wurden die folgenden vier Arten von Tests durchgeführt, um zu bestimmen, ob Siliziumlegierung-A2-Pulver als die Stahlsorte des in dem selektiven Lasersinterverfahren zu verwendenden Metallpulvers verwendet werden kann.In this molding test, the following four kinds of tests were carried out to determine whether silicon alloy A2 powder can be used as the steel type of metal powder to be used in the selective laser sintering method.
(1) Energiedichtetest(1) Energy density test
Eine Änderung in der relativen Dichte einer Probe, wenn die Energiedichte E variiert wurde, wurde untersucht. Im genau zu sein, die Laserscangeschwindigkeit v wurde variiert, um die Energiedichte E zu erhöhen und zu verringern, und dann wurde der Scanvorschub s variiert, um die Energiedichte E zu erhöhen und zu verringern.A change in the specific gravity of a sample when the energy density E was varied was examined. To be specific, the laser scanning speed v was varied to increase and decrease the energy density E, and then the scan feed rate s was varied to increase and decrease the energy density E.
(2) Strukturbeobachtungstest(2) Structure observation test
Die Struktur entlang des Längsprofils einer Probe vor und nach der Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung wurde beobachtet.The structure along the longitudinal profile of a sample before and after the solution treatment and aging treatment was observed.
(3) Härtetest(3) endurance test
Die Härte einer Probe vor und nach der Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung wurde untersucht.The hardness of a sample before and after the solution treatment and aging treatment was examined.
(4) Zugbeanspruchungstest(4) tensile stress test
Die maximale Zugfestigkeit einer Probe vor und nach der Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung wurde untersucht.The maximum tensile strength of a sample before and after the solution treatment and aging treatment was examined.
Beachte, dass eine spezifische Komponente des in diesem Formgebungstest verwendeten Siliziumlegierung-A2-Pulvers C: 0,015, Si: 3,45, Mn: 0,96, Cu: 1,12, Ni: 6,7, Cr: 10,8, Mo: 0,39 in Gewichtsprozenten, und der Rest aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen, war.Note that a specific component of the silicon alloy A2 powder used in this molding test has C: 0.015, Si: 3.45, Mn: 0.96, Cu: 1.12, Ni: 6.7, Cr: 10.8, Mo: 0.39% by weight and the balance of Fe and inevitable impurities.
4.1 Energiedichtetest4.1 Energy density test
Zunächst wird ein Verfahren des Berechnens der relativen Dichte D beschrieben. Genauer gesagt wird die Dichte einer Probe (Archimedesverfahren) durch die folgende Gleichung (2) berechnet. Die Porosität P (beachte, dass die Dichte einer Pore als 0 betrachtet wird) einer Probe wird mittels der folgenden Gleichung (3) berechnet. Die relative Dichte D einer Probe wird mittels der folgenden Gleichung (4) berechnet. Beachte, dass in den folgenden Gleichungen (2) bis (4) V ein gesamtes Volumen einer Probe ist, V' ein Porenvolumen ist, ρ die Reindichte (7,61g/cm3) ist, pt die Dichte einer Probe ist, pw die Dichte von Wasser ist, Min-Luft das Gewicht einer Probe an Luft ist, Min-Wasser das Gewicht einer Probe in Wasser ist, P die Porosität einer Probe ist, und D die relative Dichte einer Probe ist.
Gleichung 2:
Gleichung 3:
Equation 2:
Equation 3:
In dem Energiedichtetest wurde zunächst einen Grundplatte gebildet, und eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 8 Millimetern und einer Höhe von 15 Millimetern wurde auf der Grundplatte aufgebaut bzw. gebildet, wie in
Die folgende Tabelle 3 zeigt Testergebnisse, wenn die Laserscangeschwindigkeit v variiert wurde. In der folgenden Tabelle 3 ist „Aussehen“ eine Fotografie der oberen Stirnfläche der geformten Probe. Ferner, „Formgeben gestoppt“ in der folgenden Tabelle 3 meint, dass das Formgeben gestoppt wurde, weil eine Probe geschmolzen war und nicht deren zylindrische Form beibehalten konnte. Beachte, dass der Scanvorschub 0,1 mm war, die Laminierungsdicke t 50 Mikrometer war, und der Laserdurchmesser 100 Mikrometer war. The following Table 3 shows test results when the laser scanning speed v was varied. In Table 3 below, “Appearance” is a photograph of the upper end face of the molded sample. Further, “molding stopped” in the following Table 3 means that molding was stopped because a sample was melted and could not maintain its cylindrical shape. Note that the scan advance was 0.1 mm, the lamination thickness t was 50 micrometers, and the laser diameter was 100 micrometers.
Aus der obigen Tabelle 3 und
Ferner liegt die Energiedichte E bevorzugt in dem Bereich von 36 bis 124 [J/mm3]. In diesem Bereich kann eine hochdichte Probe mit der relativen Dichte D von 95 [%] oder mehr geformt werden. Ferner kann die Energiedichte E 36 bis 118 [J/mm3] sein.Furthermore, the energy density E is preferably in the range from 36 to 124 [J / mm 3 ]. In this range, a high-density sample with the relative density D of 95 [%] or more can be molded. Furthermore, the energy density E can be 36 to 118 [J / mm 3 ].
Ferner liegt die Energiedichte E bevorzugter in dem Bereich von 50 bis 124 [J/mm3]. In diesem Bereich kann eine hochdichte Probe mit der relativen Dichte D von annähernd 98 [%] oder mehr geformt werden. Ferner kann die Energiedichte E 50 bis 118 [J/mm3] sein.Furthermore, the energy density E is more preferably in the range of 50 to 124 [J / mm 3 ]. In this range, a high-density sample with the relative density D of approximately 98 [%] or more can be molded. Furthermore, the energy density E can be 50 to 118 [J / mm 3 ].
Aus der obigen Tabelle 3 und den
Die folgende Tabelle 4 zeigt Testergebnisse, wenn der Scanvorschub s variiert wurde. In der folgenden Tabelle 4 ist „Aussehen“ eine Fotografie der oberen Stirnfläche der geformten Probe. Ferner meint „Formgeben gestoppt“ in der folgenden Tabelle 4, dass das Formgeben gestoppt wurde, weil eine Probe geschmolzen war und nicht deren zylindrische Form beibehalten konnte. Beachte, dass die Laserscangeschwindigkeit v 800 [mm/s] war, die Laminierungsdicke t 50 Mikrometer war, und der Laserdurchmesser 100 Mikrometer war.
Aus der obigen Tabelle 4 und
Aus der obigen Tabelle 4 und den
Ferner ist, die obigen Tabellen 3 und 4 und die
4.2 Strukturbeobachtungstest4.2 Structure observation test
In diesem Strukturbeobachtungstest wurde eine Strukturbeobachtung durchgeführt an einer geformten Probe vor jeglicher Behandlung, einer Probe nach einer Lösungsglühbehandlung, und einer Probe nach einer Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung, um ein Veränderung in der Struktur vor und nach der Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung zu untersuchen. Der Zweck des Strukturbeobachtungstests ist es, zu sehen, ob oder ob nicht es einen Unterschied zwischen der Mikrostruktur in der Durchmesserrichtung und in der Höhenrichtung gibt, und zu sehen, ob drei Phasen Ferrit, Austenit, und Martensit koexistieren. Die Bedingungen des Tests waren wie folgt.In this structure observation test, structure observation was carried out on a shaped sample before any treatment, a sample after solution heat treatment, and a sample after solution heat treatment and aging treatment to examine a change in structure before and after the solution heat treatment and aging treatment. The purpose of the structure observation test is to see whether or not there is a difference between the microstructure in the diameter direction and in the height direction, and to see whether three phases of ferrite, austenite, and martensite coexist. The conditions of the test were as follows.
Zu testender Gegenstand: ein zu beobachtender Gegenstand war eine mit dem selektiven Lasersintersystem geformte Probe, bei der Laserleistung P von 300 [W], der Laserscangeschwindigkeit v von 800 [mm/s], und dem Scanvorschub s von 0,08 [mm]. Die Größe der Probe und der Ablauf des Formgebens waren dieselben wie die in dem oben beschriebenen Energiedichtetest.Object to be tested: an object to be observed was a sample formed with the selective laser sintering system at the laser power P of 300 [W], the laser scanning speed v of 800 [mm / s], and the scanning feed rate s of 0.08 [mm]. The size of the sample and the molding procedure were the same as those in the energy density test described above.
Testverfahren: eine Probe wurde unter Verwendung einer dünnen Schneideinrichtung geschnitten, um ein Längsprofil davon zu erhalten, und das Längsprofil wurde mit einem Harz gefüllt. Als nächstes wurde das Längsprofil unter Verwendung von Schleifpapieren (Englisch: „carbon Mac papers“) #80 #220, #600, #1200 und #2000 der Reihe nach geschliffen. Dann wurde das Längsprofil der Reihe nach unter Verwendung einer Diamantpaste mit einer Größe von 3 Mikrometern und 1 Mikrometer poliert. Danach wurde die Probe in eine Marmorflüssigkeit eingetaucht, um das Längsprofil zu ätzen. Dann wurde die Struktur des Längsprofils unter Verwendung eines optischen Mikroskops (mit einer Vergrößerung von 50 bis 100) beobachtet.Test method: a sample was cut using a thin cutter to obtain a longitudinal profile thereof, and the longitudinal profile was filled with a resin. Next, the longitudinal profile was sanded in sequence using sandpaper (“carbon Mac papers”) # 80, # 220, # 600, # 1200 and # 2000. Then, the longitudinal profile was polished in turn using a diamond paste having a size of 3 micrometers and 1 micrometer. The sample was then immersed in a marble liquid in order to etch the longitudinal profile. Then, the structure of the longitudinal profile was observed using an optical microscope (with a magnification of 50 to 100).
Lösungsglühbehandlungsbedingungen: Die Probe wurde angefangen zu erwärmen, startend bei einer Raumtemperatur, gehalten bei 1050°C für 20 Minuten, und dann wassergekühlt.Solution heat treatment conditions: The sample was started to be heated, starting at room temperature, kept at 1050 ° C for 20 minutes, and then water-cooled.
Aushärtbehandlungsbedingungen: die Probe wurde angefangen zu erwärmen, startend bei einer Raumtemperatur, gehalten bei 480° für 7 Stunden, und dann luftgekühlt.Curing treatment conditions: the sample was started to be heated, starting at room temperature, held at 480 ° for 7 hours, and then air-cooled.
4.3 Härtetest4.3 Endurance test
Ein Härtetest wurde durchgeführt an einer geformten Probe vor jeglicher Behandlung, einer Probe nach einer Lösungsglühbehandlung, und einer Probe nach Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung, um eine Veränderung in der Härte vor und nach der Lösungsglühbehandlung und Aushärtbehandlung zu untersuchen. Die Bedingungen des Tests waren wie folgt.A hardness test was carried out on a molded sample before any treatment, a sample after solution heat treatment, and a sample after solution heat treatment and aging treatment to examine a change in hardness before and after the solution treatment and aging treatment. The conditions of the test were as follows.
Zu testender Gegenstand: ein zu testender Gegenstand war das Längsprofil einer eingespannten Probe (Englisch: „chuck of a probe“), welche ein Gegenstand ist, der durch einen Zugbeanspruchungstest zu testen ist, der später beschrieben wird.Object to be tested: an object to be tested was the longitudinal profile of a chuck of a probe, which is an object to be tested by a tensile stress test which will be described later.
Testbedingungen: ein Schwachlast-Vickers-Härtetest wurde durchgeführt. Eine Testkraft war 0,3 kp, eine Lastzeit war 4,0 Sekunden, und eine Retentionszeit war 15,0 Sekunden, und eine Entlastungszeit war 4,0 Sekunden, eine Annäherungsgeschwindigkeit war 60 Mikrometer pro Sekunde, und eine Anzahl von Tests war 8 bis 12 für jede Probe.Test conditions: a light load Vickers hardness test was carried out. A test force was 0.3 kgf, a load time was 4.0 seconds, and a retention time was 15.0 seconds, and a release time was 4.0 seconds, an approach speed was 60 micrometers per second, and a number of tests was 8 to 12 for each sample.
Aus
4.4 Zugbeanspruchungstest4.4 Tensile test
Ein Zugbeanspruchungstest wurde durchgeführt an einer geformten Probe vor jeglicher Behandlung und einer Probe nach einer Wärmebehandlung, um die maximale Zugbeanspruchungsfestigkeit jeder Probe zu untersuchen.A tensile test was carried out on a molded sample before any treatment and a sample after heat treatment to examine the maximum tensile strength of each sample.
Zu testender Gegenstand: ein zu beobachtender Gegenstand war eine mit dem selektiven Lasersintersystem geformte Probe bei der Laserleistung P von 300 [W], der Laserscangeschwindigkeit v von 800 [mm/s], und dem Scanvorschub s von 0,08 [mm].Object to be tested: an object to be observed was a sample formed with the selective laser sintering system at the laser power P of 300 [W], the laser scanning speed v of 800 [mm / s], and the scanning feed rate s of 0.08 [mm].
Anzahl der Proben: 24 insgesamt: 4 runde Balken (vertikal, mit keiner Wärmebehandlung), 4 runde Balken (vertikal, mit Wärmebehandlung), 4 runde Balken (horizontal, mit keiner Wärmebehandlung), 4 runde Balken (horizontal, mit Wärmebehandlung), 4 Testbalkenformen (mit keiner Wärmebehandlung) und 4 Testbalkenformen (mit Wärmebehandlung). Beachte, dass „mit Wärmebehandlung“ bedeutet, dass das Schneiden der Probe nach der Lösungsglühbehandlung durchgeführt wird, und dann die Aushärtbehandlung nach dieser Behandlung durchgeführt wird. „Vertikal“ gibt eine Probe an, die in einer Orientierung geformt ist, die in der Laminierungsrichtung steht, und „horizontal“ gibt eine Probe an, die in einer Orientierung geformt ist, die senkrecht zu der Laminierungsrichtung steht.Number of samples: 24 in total: 4 round bars (vertical, with no heat treatment), 4 round bars (vertical, with heat treatment), 4 round bars (horizontal, with no heat treatment), 4 round bars (horizontal, with heat treatment), 4 Test bar shapes (with no heat treatment) and 4 test bar shapes (with heat treatment). Note that “with heat treatment” means that the sample is cut after the solution heat treatment, and then the hardening treatment is carried out after this treatment. “Vertical” indicates a sample shaped in an orientation that is perpendicular to the lamination direction, and “horizontal” indicates a sample that is shaped in an orientation that is perpendicular to the lamination direction.
Probenform: Wie in den
Lösungsglühbehandlungsbedingungen: Die Probe wurde zu erwärmen angefangen, startend bei einer Raumtemperatur, gehalten bei 1050°C für 20 Minuten, und dann wassergekühlt.Solution heat treatment conditions: The sample was started to be heated, starting at room temperature, held at 1050 ° C for 20 minutes, and then water-cooled.
Aushärtbehandlungsbedingungen: die Probe wurde zu erwärmen angefangen, startend bei einer Raumtemperatur, gehalten bei 480° für 7 Stunden, und dann luftgekühlt.
Testmaschine: INSTRON MODEL 4206
Spannungsgeschwindigkeit: 1mm/min
Detektion der Belastung: Es wurde ein Belastungsmeter verwendet.Curing treatment conditions: the sample was started to be heated, starting at room temperature, held at 480 ° for 7 hours, and then air-cooled.
Test machine: INSTRON MODEL 4206
Tension speed: 1mm / min
Detection of exposure: an exposure meter was used.
Nach den oben beschriebenen Testergebnissen wurde geschlussfolgert, dass (1) Siliziumlegierung A2 als in dem selektiven Lasersinterverfahren zu verwendendes Metallpulver verwendet werden kann, (2) ein geformtes Produkt, geformt durch selektives Lasersintern unter Verwendung von Siliziumlegierungsstahl A2, im Wesentlichen die gleiche mechanische Qualität hat wie die eines gegossenen Produktes aus Siliziumlegierungsstahl A2, und (3) ein geformtes Produkt, produziert durch selektives Lasersintern unter Verwendung von Siliziumlegierungsstahl A2, auf geeignete Weise als ein Ersatz für ein kommerziell erhältliches Martensitaushärtungsstahl dienen kann.From the test results described above, it was concluded that (1) silicon alloy A2 can be used as metal powder to be used in the selective laser sintering method, (2) a molded product formed by selective laser sintering using silicon alloy steel A2 has substantially the same mechanical quality such as that of a cast product of silicon alloy steel A2, and (3) a molded product produced by selective laser sintering using silicon alloy steel A2 can suitably serve as a substitute for a commercially available martensitic steel.
Zuletzt wird nachfolgend ein Formgebungsverfahren unter Verwendung von Siliziumlegierung-A2-Pulver beschrieben, unter Bezugnahme auf
Zunächst werden 2D-CAD-Daten (Scheibendaten) durch in Scheiben Aufteilen von 3D-CAD-Daten eines geformten Produktes erzeugt (S90). Als nächstes baut das selektive Lasersinterverfahren Siliziumlegierung-A2-Pulver in Schichten au (S100). Dann wendet das selektive Lasersintersystem selektiv einen Laser auf das Siliziumlegierung-A2-Pulver an, um es zu schmelzen und in eine gewünschte Form zu sintern (S110). Danach bestimmt das selektive Lasersintersystem, ob ein geformtes Produkt fertiggestellt wurde (S120), und wenn bestimmt wurde, dass das geformte Produkt nicht fertiggestellt wurde (Nein in S120), kehrt das selektive Lasersintersystem im Prozess nach S100 zurück. Andererseits, wenn bestimmt wurde, dass das geformte Produkt fertiggestellt wurde (Ja in S120), beendet das Lasersintersystem die Formgebung. Dann wird eine Lösungsglühbehandlung an dem geformten Produkt bei einer spezifizierten Temperatur für eine spezifizierte Zeitdauer durchgeführt (S130). Ferner wird eine Aushärtbehandlung an dem geformten Produkt nach der Lösungsglühbehandlung bei einer spezifizierten Temperatur für eine spezifizierte Zeitdauer durchgeführt (S140). Dadurch wird ein geformtes Produkt, das vergleichbar zu einem Martensitaushärtungsstahl nach Wärmebehandlung ist, erhalten.First, 2D CAD data (disk data) are generated by slicing 3D CAD data of a molded product (S90). Next, the selective laser sintering process builds up silicon alloy A2 powder in layers (S100). Then, the selective laser sintering system selectively applies a laser to the silicon alloy A2 powder to melt it and sinter it into a desired shape (S110). Thereafter, the selective laser sintering system determines whether a molded product has been completed (S120), and when it is determined that the molded product has not been completed (No in S120), the selective laser sintering system returns in the process to S100. On the other hand, when it is determined that the molded product has been completed (Yes in S120), the laser sintering system ends the molding. Then, solution heat treatment is performed on the molded product at a specified temperature for a specified period of time (S130). Further, curing treatment is performed on the molded product after the solution treatment treatment at a specified temperature for a specified period of time (S140). Thereby, a molded product comparable to a martensitic hardening steel after heat treatment is obtained.
Die oben beschriebene Ausführungsform hat die folgenden Merkmale.The embodiment described above has the following features.
Ein selektives Lasersinterverfahren wiederholt abwechselnd (S120) einen Schritt (S100) des Aufbauens bzw. Bildens von Siliziumlegierung-A2-Pulver in Schichten, das aus einem siliziumreichen Edelstahl gemacht ist, enthaltend C: weniger als 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: 1.0-24.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03∼2.0 in Gewichtsprozenten, und den Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen, und einen Schritt (S110) des selektiven Anwendens eines Lasers auf das Siliziumlegierung-A2-Pulver, das in Schichten gebildet ist, um das Siliziumlegierung-A2-Pulver zu schmelzen und zu sintern.A selective laser sintering method alternately repeats (S120) a step (S100) of building silicon alloy A2 powder in layers made of silicon-rich stainless steel containing C: less than 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: 1.0-24.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03∼2.0 in percent by weight, and the remainder of Fe and inevitable impurities, and a step (S110 ) Selectively applying a laser to the silicon alloy A2 powder formed in layers to melt and sinter the silicon alloy A2 powder.
Es wird bevorzugt, dass die Partikelgröße des Siliziumlegierung-A2-Pulver 32 bis 62 Mikrometer beträgt.It is preferred that the particle size of the silicon alloy A2 powder be 32 to 62 micrometers.
Bei dem oben beschriebenen Lasersinterverfahren beträgt die Energiedichte E 31 bis 124 [J/mm3].In the laser sintering process described above, the energy density E is 31 to 124 [J / mm 3 ].
Es wird bevorzugt, dass die Energiedichte E 36 bis 124 [J/mm3] beträgt.It is preferred that the energy density E be 36 to 124 [J / mm 3 ].
Es wird bevorzugter, dass die Energiedichte E 50 bis 124 [J/mm3] beträgt.It is more preferable that the energy density E is 50 to 124 [J / mm 3 ].
Es wird ferner bevorzugt, dass die Energiedichte E 50 bis 118 [J/mm3] beträgt.It is further preferred that the energy density E is 50 to 118 [J / mm 3 ].
Die untere Grenze der Energiedichte E ist eine von 31, 36, 38, 42, 43, 44, 47, 50, 54, 55, 58, 60, 63, 70, 73, 75, 83, 88, 94, 100, 109 und 118, und die obere Grenze der Energiedichte E ist eine von 36, 38, 42, 43, 44, 47, 50, 54, 55, 58, 60, 63, 70, 73, 75, 83, 88, 94, 100, 109, 118 and 124.The lower limit of the energy density E is one of 31, 36, 38, 42, 43, 44, 47, 50, 54, 55, 58, 60, 63, 70, 73, 75, 83, 88, 94, 100, 109 and 118, and the upper limit of the energy density E is one of 36, 38, 42, 43, 44, 47, 50, 54, 55, 58, 60, 63, 70, 73, 75, 83, 88, 94, 100 , 109, 118 and 124.
Ein Wärmebehandlungsverfahren weist auf einen Schritt (S130) des Durchführens einer Lösungsglühbehandlung an einem geformten Produkt, geformt durch das oben beschriebene Lasersinterverfahren, und einen Schritt (S140) des Durchführens einer Aushärtbehandlung nach der Lösungsglühbehandlung.A heat treatment method comprises a step (S130) of performing solution treatment on a molded product formed by the above-described laser sintering method, and a step (S140) of performing aging treatment after the solution treatment.
Es wird auch ein Metallpulver bereitgestellt, das in einem selektiven Lasersinterverfahren verwendet wird, das selektiv einen Laser auf Metallpulver anwendet, um das Metallpulver zu schmelzen und zu sintern zur Laminierung, wobei das Metallpulver aus einem siliziumreichen Edelstahl gemacht ist, enthaltend C: weniger als 0.10, Si: 2.0∼9.0, Mn: 0.05∼6.0, Cu: 0.5∼4.0, Ni: 1.0∼24.0, Cr: 6.0∼28.0, Mo: 0.2∼4.0, Nb: 0.03∼2.0 in Gewichtsprozenten, und den Rest aus Fe und zwangsläufigen Verunreinigungen.There is also provided a metal powder used in a selective laser sintering process that selectively applies a laser to metal powder to melt and sinter the metal powder for lamination, the metal powder being made of a silicon-rich stainless steel containing C: less than 0.10 , Si: 2.0∼9.0, Mn: 0.05∼6.0, Cu: 0.5∼4.0, Ni: 1.0∼24.0, Cr: 6.0∼28.0, Mo: 0.2∼4.0, Nb: 0.03∼2.0 in percent by weight, and the rest of Fe and inevitable impurities.
Die Partikelgröße des Metallpulvers beträgt 32 bis 62 Mikrometer.The particle size of the metal powder is 32 to 62 micrometers.
Ferner wird ein geformtes Produkt, geformt durch das oben beschriebene Lasersinterverfahren, bereitgestellt.Further, a molded product formed by the above-described laser sintering method is provided.
Ferner wird ein geformtes Produkt, wärmebehandelt durch das oben beschriebene Wärmebehandlungsverfahren, bereitgestellt.Further, a molded product heat-treated by the above-described heat treatment method is provided.
Aus der beschriebenen Erfindung wird offensichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf vielerlei Weise variiert werden können. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung anzusehen, und alle solche Modifizierungen sind, wie einem Fachmann offensichtlich wäre, dazu vorgesehen, innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche inbegriffen zu sein.From the invention described it is evident that the embodiments of the invention can be varied in many ways. Such variations are not to be regarded as a departure from the spirit and scope of the invention, and all such modifications are, as would be apparent to one skilled in the art, intended to be included within the scope of the following claims.
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