一种提高金属3D打印18Ni300模具钢表面硬度的方法与流程

　　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、效率方面得到更大化。

　　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。

　　技术实现要素：

　　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，更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，更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。