發(fā)布時間：2020-07-12 22:40

【摘要】：模具是當代制造業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)工業(yè)裝備。當前,我國已是世界模具生產(chǎn)大國,但高檔模具與復雜結(jié)構(gòu)模具的工業(yè)水平與發(fā)達國家相比還存在一定差距。因此,利用先進制造技術(shù)來促進我國模具產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術(shù)基于層層疊加的制造原理,在直接制造精細復雜結(jié)構(gòu)模具方面優(yōu)勢顯著,因此在成形具有隨形冷卻流道和異形澆口等復雜結(jié)構(gòu)的模具方面得到了廣泛重視。然而,目前可用于SLM成形的模具材料仍十分匱乏;同時,對于SLM成形模具零件,一些注塑過程所看重的性能如耐腐蝕性能等未被深入研究�；诖�,本文針對具有優(yōu)良性能但未被深入研究的S136模具鋼,開發(fā)探索其SLM成形工藝及性能。主要開展了SLM成形工藝優(yōu)化,組織、硬度及耐腐蝕性能對比分析,熱處理性能調(diào)控和成分改善等探索。具體研究工作及成果如下:探索了SLM成形S136模具鋼的工藝參數(shù),研究了線能量密度對熔化道形貌的影響。最終確定了合適的工藝窗口,并發(fā)現(xiàn)當線能量密度為0.25-0.28 J/mm時,SLM成形件熔化道搭接良好,成形件致密度較高,達到99%。研究了SLM成形S136模具鋼的相組成、組織、硬度和耐腐蝕性能等,并將其與傳統(tǒng)加工試樣進行對比,分析了兩種試樣在組織和性能上具有差異的原因。結(jié)果如下:SLM試樣因成形過程快熱快冷,其中部分奧氏體(γ-Fe)來不及轉(zhuǎn)化成馬氏體(α-Fe),試樣中因此含有部分殘余γ-Fe,使其具有細小而均勻的亞晶粒結(jié)構(gòu)。得益于細小而均勻的組織結(jié)構(gòu)特點,SLM成形件的硬度明顯高于鑄件。由于其在垂直于和平行于成形方向上的組織差異,SLM成形件的性能表現(xiàn)出各向異性。電化學腐蝕結(jié)果表明,由于SLM制件中的缺陷較為集中,使得某一位置形成較大的腐蝕坑,但其耐蝕性仍優(yōu)于鑄件。這是因為SLM制件中含有耐腐蝕性能較強的γ-Fe相且其組織細小,合金固溶增強。對SLM成形零件進行試模驗證,發(fā)現(xiàn)得益于貼合型腔的隨形冷卻流道結(jié)構(gòu),SLM成形模具鑲件的注塑生產(chǎn)周期可縮短28%,注塑產(chǎn)品的質(zhì)量同時得到提升。研究了SLM成形S136模具鋼的淬火工藝,分析了淬火工藝對成形件組織、硬度和耐腐蝕性的影響。經(jīng)過980℃、1020℃、1050℃和1100℃的淬火處理后,原組織中的亞晶界全部消溶,組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,且隨著淬火溫度的升高,碳化物逐漸固溶,晶粒變大。淬火后,成形件硬度增加,最高達54.24 HRC,比原始SLM試樣提高了近10%。淬火后試樣由于亞晶粒消溶,耐腐蝕元素分布均勻而使其耐腐蝕性能得到了極大的提升,與原始件相比其腐蝕失重量減少了近97%。綜合硬度和耐蝕性能,得到最優(yōu)的淬火處理工藝為1050℃/1h。研究了SLM成形Cr/S136合金的組織及性能特征,分析了Cr添加量對組織及性能的影響。隨著Cr含量的增加,受未全部熔化的Cr對熔池傳熱和傳質(zhì)的影響,成形件中馬氏體的含量先減小后增加,當添加量為10 wt.%時,成形件全部由馬氏體組成。Cr有細化晶粒的作用,隨著Cr含量的增多,成形件的組織變細;但是受裂紋等缺陷的影響,成形件的硬度隨Cr含量的增加而減小。Cr可優(yōu)先和O元素結(jié)合生成致密Cr_2O_3的鈍化膜,因而Cr的添加可提升試樣的耐腐蝕性能;但受裂紋等缺陷的影響,Cr添加量太高時,耐蝕性下降。綜合硬度和耐蝕性能,得到最優(yōu)的Cr添加量為4 wt.%。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG665;TG142.1
【圖文】：

復雜模具：(a) 具有隨形冷卻流道結(jié)構(gòu)的注塑模具；(b) 具有復雜胎面花紋的 Mould with complex structure: (a) injection mould with conformal cooling channemould with complex tread材制造技術(shù)造（Additive Manufacturing, AM）技術(shù)俗稱“3D 打印”，與傳統(tǒng)制造的加工思路不同，該技術(shù)按照三維模型直接成形零件，避免了傳統(tǒng)制，可快速而精確地加工任意復雜形狀的零件，具有其獨特的優(yōu)勢雜結(jié)構(gòu)模具的加工與制造。金屬 AM 技術(shù)按工藝類型主要可分為：lective Laser Melting, SLM），電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting,形（Laser Engineering Net Shaping, LENS）等[6, 7]。圖 1-2 為三種技圖。

雜模具：(a) 具有隨形冷卻流道結(jié)構(gòu)的注塑模具；(b) 具有復雜胎面花紋的ould with complex structure: (a) injection mould with conformal cooling channmould with complex tread材制造技術(shù)造（Additive Manufacturing, AM）技術(shù)俗稱“3D 打印”，與傳統(tǒng)制的加工思路不同，該技術(shù)按照三維模型直接成形零件，避免了傳統(tǒng)制，可快速而精確地加工任意復雜形狀的零件，具有其獨特的優(yōu)雜結(jié)構(gòu)模具的加工與制造。金屬 AM 技術(shù)按工藝類型主要可分為ctive Laser Melting, SLM），電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting形（Laser Engineering Net Shaping, LENS）等[6, 7]。圖 1-2 為三種圖。

-2 金屬 AM 設(shè)備工作原理示意圖： (c) chematic diagram of metal AM technologies都可用來直接成形模具鋼材料。其中，其差異在于能量源的不同（SLM 為于 40 μm，因而其成形零件的表面粗于同軸送粉，成形速度快，但成形零制造要求。而 SLM 技術(shù)使用的金屬），激光聚焦后具有極細小的光斑，其 Ra ≤ 10）。粉床工藝以及高能束微精度、表面質(zhì)量等方面更具優(yōu)勢，模具的成形。因此，本文將采用 SL問題。

【參考文獻】

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本文編號：2752580