激光選區(qū)熔化成形4Cr13模具鋼零件的力學(xué)性能研究.pdf

1、激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting，SLM）作為先進(jìn)增材制造技術(shù)，具有成形結(jié)構(gòu)不受限制、工藝周期短、成形效率高、制造成本低等優(yōu)勢，特別適合具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高性能模具的制造。4Cr13模具鋼是一種廣泛應(yīng)用的耐蝕性模具鋼，前期研究表明該金屬粉末具有良好的SLM成形性。在此基礎(chǔ)上，本文深入研究了4Cr13粉末SLM成形件的力學(xué)性能，探討了不同方向上成形件的拉伸性能以及熱處理工藝對拉伸性能的影響規(guī)律，得出了拉伸性能參

2、數(shù)，從SLM成形件孔隙和熔池邊界的特點上揭示了各向異性產(chǎn)生的原因，從金相顯微組織、斷口形貌的角度分析了成形件直接拉伸和熱處理后拉伸性能的特點和原因。主要內(nèi)容如下：
　?。?）使用優(yōu)化的工藝參數(shù)成形出4Cr13的拉伸試樣，對SLM成形件在沿X-Y面、X-Z面及堆疊Z向三個方向進(jìn)行拉伸測試，其中沿X-Y面拉伸性能最差，平均強(qiáng)度僅達(dá)469.1MPa，延伸率僅為3.0％，拉伸呈明顯的解理脆性斷裂；沿X-Z面拉伸平均強(qiáng)度達(dá)1118.9MPa

3、，延伸率達(dá)7.8%，拉伸呈準(zhǔn)解理斷裂；沿材料堆疊Z向拉伸性能最好，平均強(qiáng)度高達(dá)1385.5MPa，延伸率為7.1%，拉伸出現(xiàn)細(xì)小的等軸韌窩，呈現(xiàn)出韌性斷裂特征，強(qiáng)度和韌性均相對較好。
　?。?）根據(jù)SLM粉末成形的特點，極易形成孔隙、內(nèi)部特有的熔池邊界、晶粒取向不一致及組織應(yīng)力，分析了拉伸性能各向異性的產(chǎn)生原因，通過退火處理消除這些因素，明顯改善了成形件的各向異性，沿X-Z面和材料堆疊Z向拉伸的強(qiáng)度降低，分別為1067.9MPa和

4、1054.6MPa，塑性大大提高，延伸率分別為19.1%和17.9%，斷裂形式屬明顯的韌性斷裂。
　?。?）通過熱處理工藝，測試SLM成形件沿X-Z面的拉伸性能，強(qiáng)度和塑性得到明顯的改善。退火處理后形成了均勻化的珠光體和碳化物混合組織，強(qiáng)度略微降低，從1118.9MPa，降低到1067.9MPa，降低了4.7%，塑性大大提高，從7.8%提高到19.1%，提高了144.9%；Cr元素使4Cr13相變曲線明顯右移，正火處理空冷生成了粗

5、大的馬氏體，隨機(jī)的分布在珠光體中，SLM成形件的均勻性并未改善，強(qiáng)度大大提高，塑性明顯降低，抗拉強(qiáng)度提高到1385.7MPa，提高了23.8%，延伸率降低到5.9%，降低了25.1%；淬火處理使SLM成形件發(fā)生馬氏體相變，回火后得到回火馬氏體，強(qiáng)度和塑性均得到大大地提升，強(qiáng)度提高到1837.1MPa，提高了64.2%，延伸率提高到13.8%，提高了76.2%；淬火+時效處理中淬火馬氏體具有較強(qiáng)的脆硬性，強(qiáng)度和塑性略差于淬火+回火處理，強(qiáng)