[發(fā)明專利]快速直接制造熱作模具的工藝方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910695964.5
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110340361B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 李峰;張華健;孫中剛;常輝
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;C21D1/30;C21D1/773;C22C38/44;C22C38/34;C22C38/54;C22C38/46;C22C38/04;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 南京德銘知識產權代理事務所(普通合伙) 32362
• 代理人: 肖念

本發(fā)明提供一種快速制造熱作模具的工藝方法，利用激光增材制造技術快速成型模具幾何特征，同時針對模具的使用性能即耐高溫耐磨高硬度高強度的特性利用激光增材制造急冷急熱快速凝固的特性，將低硬度的鐵基合金粉末與一定量的高硬度鐵基合金粉末混合，使用增材制造技術最大限度的減少增強相的析出保留低硬度合金的特性，減少模具打印過程中因材料本身硬度和線膨脹系數低以及熱應力過大等因素造成的開裂等問題，使其能無缺陷成形。最后再通過熱處理技術使沉積態(tài)中混合高硬度鐵基合金中的增強相析出達到模具的使用性能。

技術領域

本發(fā)明屬于增材制造和材料加工領域，涉及模具的制作技術，特別是制作模具制作材料的工藝方法。

背景技術

20世紀80年代以來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具每年消耗近百億元。模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，而模具生產技術水平的高低則是衡量一個國家制造水平高低的重要標志。目前，國內制造的模具的壽命僅是進口的1/2-1/5，大型、復雜、重要的高端模具鋼仍然向國外進口。因此，開發(fā)出具有自主知識產權的高壽命模具模具鋼具有重大的經濟效益與社會效益。

增材制造（Additive Manufacturing）也稱為3D打印，金屬零件的增材制造目前大多使用激光作為光源并且利用計算機輔助設計、材料加工與成形等技術配合數控系統(tǒng)將專用的金屬材料燒結、熔融制造出三維實體零件的制造技術。是一種從無到有的快速成型技術，相對于傳統(tǒng)的零件制造技術對原材料切削、組裝的加工模式不同加工方法更加靈活，可對復雜的結構件進行快速的成形。

雖然增材制造技術可對所需工件快速成型但由于模具本身的使用性能和要求關于直接成型制造模具目前鮮有報道，尤其是模具方面，一般集中在表層修復強化的研究較多。模具一般具有高強度和高硬度，如若直接用高硬度合金粉末通過增材制造的方式制造模具，由于打印過程中持續(xù)的熱輸入使得每層之間形成過高的熱應力加之高硬度的合金粉末線膨脹系數較低，導致制備過程中易發(fā)生開裂.

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種低成本的基于激光增材制造的快速制備模具的工藝方法，通過預先調控合金粉末組分及比例使用增材制造技術快速成型并通過熱處理技術達到模具使用性能的工藝方法。

為達成上述目的，本發(fā)明提供的快速直接制造熱作模具的工藝方法包括以下步驟：

步驟1：將低硬度鐵基合金粉末和高硬度鐵基合金粉末組分粉末進行配置并進行混合，前者和后者的混合比例比值根據模具的使用性能進行調整區(qū)間為5:5~8:2之間，所使用的合金粉末為球形，粒徑為50~200μm；

步驟2：將混合好后的鐵基合金粉末用于增材制造，得到打印后的鐵基合金坯件即模具坯件；

步驟3：將增材制造后的模具坯件進行低溫退火處理，目的是去除坯件中殘余應力，熱處理工藝為：將打印的坯件工件放進真空熱處理爐內，抽真空至1.5×10-3Pa，內，10-20℃/min的速度加熱至400~500℃，保溫0.5~1h；

步驟4：隨后進行固溶處理，處理工藝為10-20℃/min的速度加熱至850±20℃，保溫0.5~1h，然后空冷；

步驟5：將固溶后打印坯件工件進行時效熱處理，處理工藝為將打印的坯件工件放進真空熱處理爐內，速度加熱至500~600℃，保溫2~4h，然后空冷至室溫；

步驟6：對熱處理后的坯件進行機加工，切削預留的加工余量滿足模具型腔形狀使用要求。

如此，增材制造過程中采用送粉或者鋪粉工藝進行打印，混合均勻后的鐵基粉末在由于急冷急熱的特性，粉末材熔化的同時又快速凝固使鐵基合金中原本應析出的碳化物等硬質相而未能析出導致其性能特征呈現出低硬度合金的特征，保證了其在增材制造過程中坯件良好的成形型，避免了開裂的問題。