[發明專利]一種模具用高導熱高強Co-Fe-Ni合金及其增材制造方法

有效

• 申請號: 202011161642.1
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112301255B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉慶冬;張依瀟;王利軍;顧劍鋒
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海毅速激光科技有限公司
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;C22C30/00;C22C1/04;B22F1/00;B22F5/00;B22F10/25;B22F10/28;B22F10/64;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

本發明涉及一種模具用高導熱高強Co?Fe?Ni合金及其增材制造方法，按照重量百分比，其化學組分如下：C 0?0.01％，Ni 12?18％，Fe 38?42％，Cr 0?1.2％，X 0?0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％，余量為Co和不可避免的雜質；其中X＝Sc、和/或Y、和/或Nd、和/或Pd。與現有技術相比，本發明將Co基類中熵合金應用到模具中來，利用增材制造和后續熱處理調控出不同的強韌性組合，在不大幅度增加成本并保持現有模具鋼同等力學性能的前提下，提高了合金的導熱性能與服役可靠性，可以取代目前部分模具鋼，具有可觀的經濟效益。

技術領域

本發明涉及增材制造模具用合金，尤其是涉及一種模具用高導熱高強Co-Fe-Ni合金及其增材制造方法。

背景技術

高端模具制造是一個國家工業能力的體現。我國是模具消費大國，而非制造強國，部分國產模具性能不穩定、壽命可靠性低，致使多數高端模具仍依靠進口。因此，解決我國高端模具制造的“卡脖子”問題，發展擁有自主知識產權的高端模具材料和相應的制造技術，迫在眉睫。與此同時，增材制造技術的高速發展，改變了模具熔煉-鍛造-熱處理-機加工-表面處理等結合的傳統制造方式，使得人們在用料選材、成本控制等方面有了重新的認識和思路，這主要體現在，縮短的制造流程和模具型腔的“自由設計”以及增材制造本身賦予模具獨有的力學性能與疲勞壽命，大大降低了對材料自身成本控制方面的需求。也就是說，只要增材制造能夠滿足性能的使用要求，即可嘗試相應模具的規模化生產應用，其材料成本(如合金元素添加)和制造成本(如熱處理)可因增材制造的優勢而降到最低，這尤其適用于一些尺寸小但型腔復雜的注塑模具。目前，對于適用于增材制造且業已規模應用的模具鋼主要有18Ni300、420等合金鋼，其在強度、韌塑性、拋光性能、切削性能、疲勞性能、抗腐蝕性能等方面均能在一定程度上滿足要求，但其導熱性能以及與此緊密相關的熱疲勞性能卻仍有需求空間。

中國專利CN109972019A公開了一種用于增材制造的中熵合金，組分包括Cr、Co、Ni，其中Cr、Co、Ni的原子百分比分別為20％～50％，所述原子百分比總和為100％。本發明申請人發現，此增材制造的中熵合金具有相對嚴格的等原子比配比，主要利用固溶強化效應和“擴散阻滯”效應，無任何中間相的形成，因此其強度和疲勞壽命等無法滿足模具的使用需求。本發明所涉及的是一種類中熵合金，并非等原子比的成分設計，除了具有固溶強化效應和“擴散阻滯”效應外，回火時還形成富Ni析出相，進而大幅度提高強度和疲勞壽命。

為此，開發一種高端模具用高導熱的高強度、低組元Co-Fe-Ni合金，發展并明確相應的增材制造及后續熱處理方法，改善其顯微組織和力學性能，對解決高端模具領域的“卡脖子”技術難題、促進高端模具的國產化具有重要意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種模具用高導熱高強Co-Fe-Ni合金及其增材制造方法。本發明將Co基類中熵合金應用到模具中來，通過添加鈀或/和鈧、釔、釹等稀土元素，利用增材制造和后續熱處理調控出不同的強韌性組合，在不大幅度增加成本并保持現有模具鋼力學性能的前提下，提高了合金的導熱性能與服役可靠性，可以取代目前合金鋼在部分模具中的使用，且具有可觀的經濟效益。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明第一方面提供一種模具用高導熱高強Co-Fe-Ni合金，該合金按照重量百分比，其化學組分如下：C 0-0.01％，Ni 12-18％，Fe 38-42％，Cr 0-1.2％，X 0-0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％，余量為Co和不可避免的雜質；其中X＝Sc、和/或Y、和/或Nd、和/或Pd。

優選地，該合金按照重量百分比，其化學組分如下：C 0-0.01％，Ni 12-15％，Fe38-42％，Cr 0-1.2％，X 0.005-0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％，余量為Co和不可避免的雜質；其中X＝Sc、和/或Y、和/或Nd、和/或Pd。

進一步優選地，所述的X＝Pd。