【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造模具钢，尤其涉及一种易于增材制造的热作模具钢及其增材制造方法和应用。
技术介绍
1、目前，我国高端模具的品质仍存有诸多不足，如显微组织和力学性能相对不稳定、使用寿命短、可靠性差等问题，所以很多高端模具仍然依靠进口。新兴的增材制造技术改变了传统模具的制造方式，不但大大减缓甚至避免了有害杂质元素和成分偏析等方面对原材料(模具钢)的不利影响，而且增材制造赋予的随形水路大幅度提高了模具的冷却能力，进而改善了产品表面质量和生产效率，同时也可以弥补模具材料成本的升高，使得我国增材制造模具的品质接近甚至超过国外水平，具有较高的性价比和竞争力。尽管如此，在反复热疲劳载荷作用下，相对传统铸造的制造方式，增材制造的模具钢往往会出现裂纹而导致过早失效，使用寿命仍有较大的提升空间。
2、h13钢是一种典型的热作模具钢，通常用于压铸模领域。然而，h13钢粉体材料并不适合增材制造，主要是因为在反复的快速熔化和凝固冷却过程中，发生非平衡的马氏体相变，由此引起的晶格畸变造成非常高的热应力，加之h13钢自身硬度可超过50hrc，韧性和塑性均很差，且在终态显微组织中极易形成粗大的链条状碳化物，成为裂纹萌生的源头，并促进其快速扩展。因此，增材制造h13钢通常伴有气孔、裂纹、未熔合等打印缺陷，不但降低了力学性能，而且大幅度损害了摩擦磨损、抗冷热疲劳等服役性能，限制了其在模具中的广泛应用。同时，h13钢的导热性相对较低，在24～27w/(mk)之间，在服役过程中的热应力较大，特别是在随形水路表面粗糙度较高的情况下，非常容易引起水路表面的
3、目前，针对上述h13钢的不足，增材制造马氏体时效钢(如18ni300)常用来作为压铸模材料使用，并在一定程度上改善了打印成型性，避免了缺陷的产生，这主要归因于其较低的打印态硬度(～35hrc)，并可以通过后续热处理调控至目标硬度。然而，马氏体时效钢仍存在以下不足：1、导热性比h13钢还低，进一步增加了服役过程中的开裂风险；2、含有较高的co、ni、mo等元素，一定程度上增加了材料成本；3、低c成分设计，摩擦磨损性能较低，限制了疲劳寿命。
4、除了h13钢和马氏体时效钢外，目前还存在一些研发阶段的增材制造压铸模用的材料，如fe-0.24c-7.6cr-3.8mo-0.67v-0.65w-0.29ti-0.12la-0.09n(质量分数，wt.％)合金钢，不但利用气雾化时原位生成的纳米tin颗粒细化了终态显微组织(平均晶粒尺寸约4.3μm)，而且利用回火时形成的m2c型(m主要为mo)提高了终态力学性能(硬度约47hrc，冲击功约26j)，同时成功避免了打印时的凝固缺陷和冷却时的应力缺陷。然而，不管是原位形成均匀细小的tin颗粒，还是多达三次的热处理工艺，均缩小了实际生产过程中的工艺窗口，且增加了工艺成本。另外，cn116855852a公开了一种fe-9.8cr-8.0co-2.6mo-7.2ni-2.4w-1.5al-0.8cu-0.02re(质量分数，wt.％)的合金钢，打印后直接一次回火，即可满足压铸模的力学性能，特别是具有优越的高温性能，同时具有良好的打印工艺成型性，然而，鉴于较高的co和ni含量，材料成本大幅度增加。
5、因此，目前没有一种兼具力学性能和服役性能、同时考虑材料和工艺成本的适合增材制造的压铸模用合金钢，提供一种兼具力学性能和服役性能，同时成本低的易于增材制造的热作模具钢，成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种易于增材制造的热作模具钢及其增材制造方法和应用，本专利技术提供的热作模具钢在常温下具有优异的力学性能，同时还具有优异的耐高温性能，保证其具有良好的服役性能，且热作模具钢中贵重金属元素含量低，降低了生产成本。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种易于增材制造的热作模具钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：c 0.12～0.26％，cr 4.5～5.8％，mo 0.8～1.5％，v 0.2～1.2％，si 0.02～0.15％，mn 0.2～0.5％，ni 0～2.45％，al 0～0.80％，cu 0～1.25％，p＜0.015％，s＜0.01％和余量的fe。
4、优选地，按质量百分比计，包括以下化学成分：c 0.18～0.26％，cr4.8～5.8％，mo1.0～1.5％，v 0.5～1.2％，si 0.02～0.1％，mn 0.3～0.5％，ni0.02～2.45％，al 0～0.60％，cu 0～1.0％，p＜0.015％，s＜0.01％和余量的fe。
5、本专利技术提供了上述技术方案所述易于增材制造的热作模具钢的增材制造方法，包括以下步骤：
6、(1)采用气雾化或旋转电极法将合金原料制备成热作模具钢合金粉末；所述热作模具钢合金粉末的化学成分与权利要求1或2所述易于增材制造的热作模具钢的化学成分相同；
7、(2)以所述步骤(1)得到的热作模具钢合金粉末为原料进行增材制造，得到成型构件；
8、(3)将所述步骤(2)得到的成型构件进行后处理，得到热作模具钢。
9、优选地，所述步骤(1)中热作模具钢合金粉末的粒径为15～75μm，封装密度为3.8～4.4g/cm3，振实密度为4.6～5.0g/cm3，霍尔流速≤15s/50g。
10、优选地，所述步骤(2)中增材制造的工艺参数包括：激光功率为200～450w，扫描速率为0.5～1.0m/s，扫描间距为50～150μm，铺粉层厚为20～100μm，层间扫描路径呈65～70°夹角，基板预热温度为120～200℃。
11、优选地，所述步骤(3)中后处理包括固溶处理、深冷处理和回火处理中的一种、两种或三种的组合。
12、优选地，所述固溶处理的温度为1020～1050℃，固溶处理的保温时间为0.5～5h，固溶处理的冷却速率为2～50℃/s，固溶处理的冷却方式为水淬。
13、优选地，所述深冷处理的温度为-196～-120℃，深冷处理的保温时间为0.5～3h，深冷处理的回温方式为置于室温下10～60min。
14、优选地，所述回火处理的温度为400～750℃，回火处理的保温时间为0.5～7h。
15、本专利技术提供了上述技术方案所述易于增材制造的热作模具钢或按照上述技术方案所述增材制造方法制备得到的热作模具钢在模具中的应用。
16、本专利技术提供了一种易于增材制造的热作模具钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：c 0.12～0.26％，cr 4.5～5.8％，mo 0.8～1.5％，v 0.2～1.2％，si 0.02～0.15％，mn 0.2～0.5％，ni 0～2.45％，al 0～0.80％，cu 0～1.25％，p＜0.015％，s＜0.01％和余量的fe。本专利技术在压铸模用h13钢的基础上，一方面减少c含量(调整其上限为0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种易于增材制造的热作模具钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：C 0.12～0.26％，Cr4.5～5.8％，Mo 0.8～1.5％，V 0.2～1.2％，Si 0.02～0.15％，Mn 0.2～0.5％，Ni 0～2.45％，Al 0～0.80％，Cu 0～1.25％，P＜0.015％，S＜0.01％和余量的Fe。
2.根据权利要求1所述的易于增材制造的热作模具钢，其特征在于，按质量百分比计，包括以下化学成分：C 0.18～0.26％，Cr 4.8～5.8％，Mo1.0～1.5％，V 0.5～1.2％，Si0.02～0.1％，Mn 0.3～0.5％，Ni 0.02～2.45％，Al0～0.60％，Cu 0～1.0％，P＜0.015％，S＜0.01％和余量的Fe。
3.权利要求1～2任意一项所述易于增材制造的热作模具钢的增材制造方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中热作模具钢合金粉末的粒径为15～75μm，封装密度为3.8～4.4g/cm3，振实密度为4.6～5.0g/cm3，霍尔流速≤
5.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中增材制造的工艺参数包括：激光功率为200～450W，扫描速率为0.5～1.0m/s，扫描间距为50～150μm，铺粉层厚为20～100μm，层间扫描路径呈65～70°夹角，基板预热温度为120～200℃。
6.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中后处理包括固溶处理、深冷处理和回火处理中的一种、两种或三种的组合。
7.根据权利要求6所述的增材制造方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为1020～1050℃，固溶处理的保温时间为0.5～5h，固溶处理的冷却速率为2～50℃/s，固溶处理的冷却方式为水淬。
8.根据权利要求6所述的增材制造方法，其特征在于，所述深冷处理的温度为-196～-120℃，深冷处理的保温时间为0.5～3h，深冷处理的回温方式为置于室温下10～60min。
9.根据权利要求6所述的增材制造方法，其特征在于，所述回火处理的温度为400～750℃，回火处理的保温时间为0.5～7h。
10.权利要求1～2任意一项所述易于增材制造的热作模具钢或按照权利要求3～9任意一项所述增材制造方法制备得到的热作模具钢在模具中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种易于增材制造的热作模具钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：c 0.12～0.26％，cr4.5～5.8％，mo 0.8～1.5％，v 0.2～1.2％，si 0.02～0.15％，mn 0.2～0.5％，ni 0～2.45％，al 0～0.80％，cu 0～1.25％，p＜0.015％，s＜0.01％和余量的fe。
2.根据权利要求1所述的易于增材制造的热作模具钢，其特征在于，按质量百分比计，包括以下化学成分：c 0.18～0.26％，cr 4.8～5.8％，mo1.0～1.5％，v 0.5～1.2％，si0.02～0.1％，mn 0.3～0.5％，ni 0.02～2.45％，al0～0.60％，cu 0～1.0％，p＜0.015％，s＜0.01％和余量的fe。
3.权利要求1～2任意一项所述易于增材制造的热作模具钢的增材制造方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中热作模具钢合金粉末的粒径为15～75μm，封装密度为3.8～4.4g/cm3，振实密度为4.6～5.0g/cm3，霍尔流速≤15s/50g。
5.根据权利要求3所述的增材制造方...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆冬，赵波，王利军，
申请(专利权)人：上海毅速激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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