本發(fā)明涉及材料后處理方法，特別是涉及SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法及SLM成型鋼模具的制備方法。

背景技術(shù)：

金屬3D打印技術(shù)在模具成型行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是選擇性激光熔融技術(shù)(SLM)被廣泛應(yīng)用于鋼模具的成型。該方法成型的模具通過(guò)內(nèi)部有效的冷卻流道，能有效降低傳統(tǒng)模具冷卻效果不好部位的冷卻時(shí)間，從而縮短模具注塑周期，同時(shí)優(yōu)化注塑件的冷卻溫度分布并提高其表面質(zhì)量。

不過(guò)對(duì)于普通注塑而言，通過(guò)SLM技術(shù)打印成型模具的硬度(HRC35左右)不能滿足其大部分應(yīng)用需求，同時(shí)在少數(shù)情況下成型模具的致密性不能滿足其使用需求，使用這種模具進(jìn)行生產(chǎn)將嚴(yán)重影響注塑產(chǎn)品品質(zhì)及模具的使用壽命，同時(shí)可能出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，需要對(duì)模具胚件采取合理的后處理措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)SLM成型鋼模具硬度和致密性不夠的問(wèn)題，提供一種SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法及SLM成型鋼模具的制備方法。

一種SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法，包括以下步驟：

在真空環(huán)境或保護(hù)性氣體氛圍下，將SLM成型鋼模具毛坯件在5h～7h內(nèi)升溫至450℃～550℃，將所述SLM成型鋼模具毛坯件在450℃～550℃下保溫6h～12h，再自然冷卻至室溫；

在保護(hù)性氣體氛圍下，對(duì)冷卻至室溫的所述SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理得到SLM成型鋼模具，所述熱等靜壓處理的參數(shù)為：在6h～8h內(nèi)升溫升壓至溫度為1000℃～2000℃，壓強(qiáng)為170MPa～230MPa，并保溫保壓6h～8h，之后降溫降壓至室溫室壓。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述保護(hù)性氣體氛圍為氬氣氣氛和氦氣氣氛中的至少一種。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述SLM成型鋼模具毛坯件的外表面預(yù)留厚度為0.5mm～0.8mm的余量。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述對(duì)所述SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理的步驟之后還包括步驟：對(duì)所述SLM成型鋼模具進(jìn)行精加工處理。

一種SLM成型鋼模具的制備方法，包括以下步驟：

采用SLM技術(shù)制備SLM成型鋼模具毛坯件；

采用上述的SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法對(duì)所述SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行后處理。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件的步驟中，激光掃描速度為500mm/s～700mm/s；激光掃描的功率為150W～200W。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，所述采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件的步驟中，加工層厚為25μm～40μm，激光光斑直徑為40μm～60μm。

上述SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法及SLM成型鋼模具的制備方法，首先在真空環(huán)境或保護(hù)性氣體氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行升溫、保溫和冷卻處理，再在保護(hù)性氣體氛圍下對(duì)SLM成型鋼模具進(jìn)行熱等靜壓處理，通過(guò)合理的溫度控制和壓力控制能有效消除SLM成型鋼模具的內(nèi)應(yīng)力積累，增強(qiáng)表面硬度，并提高SLM成型鋼模具的致密性和力學(xué)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為一實(shí)施方式的SLM成型鋼模具的制備方法的流程圖；

圖2為實(shí)施例5(A)和實(shí)施例3(B)的SLM成型鋼模具的金相圖片；

圖3為實(shí)施例4(A)和實(shí)施例1(B)的SLM成型鋼模具的金相圖片；

圖4為實(shí)施例4(A)和實(shí)施例3(B)的SLM成型鋼模具的顯微結(jié)構(gòu)圖；

圖5為SLM成型鋼模具毛胚件(A)和實(shí)施例4(B)的SLM成型鋼模具的表面結(jié)構(gòu)圖；

圖6為一實(shí)施方式的SLM成型鋼模具在進(jìn)行熱等靜壓處理時(shí)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法及SLM成型鋼模具的制備方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的SLM成型鋼模具的制備方法，包括以下步驟：

S110、采用SLM技術(shù)成型鋼模具毛坯件。

選擇性激光熔融(SLM)技術(shù)是采用激光束一層層地掃描金屬粉末使粉末選擇性的熔化燒結(jié)，從而形成與電腦中CAD相同的部件的方法。采用SLM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模具的3D打印，同時(shí)保持金屬材料優(yōu)異的性質(zhì)。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，采用SLM技術(shù)成型鋼模具毛坯件時(shí)，激光掃描速度為500mm/s～700mm/s；激光掃描的功率為150W～200W。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，SLM技術(shù)成型鋼模具毛坯件時(shí)加工層厚為25μm～40μm，激光光斑直徑為40μm～60μm。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，采用SLM技術(shù)成型鋼模具毛坯件時(shí)，其外表面預(yù)留厚度為0.5mm～0.8mm的余量，用于補(bǔ)償后續(xù)處理中導(dǎo)致的變形量。

S120、對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行后處理。

S121、在真空環(huán)境或保護(hù)性氣體氛圍下，將SLM成型鋼模具毛坯件在5h～7h內(nèi)升溫至450℃～550℃，將SLM成型鋼模具毛坯件在450℃～550℃下保溫6h～12h，再自然冷卻至室溫。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)性氣體氛圍為氦氣氣氛和氬氣氣氛中的至少一種。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，自然冷卻的降溫速率為80℃/h～120℃/h。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，步驟S121可以在烘箱、馬弗爐或者氣氛爐中進(jìn)行。

S122、在保護(hù)性氣體氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理得到SLM成型鋼模具。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，熱等靜壓處理的參數(shù)為：在6h～8h內(nèi)升溫升壓至溫度為1000℃～2000℃，壓強(qiáng)為170MPa～230MPa，并保溫保壓6h～8h，之后降溫降壓至室溫室壓。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)性氣體氛圍為氦氣氣氛和氬氣氣氛中的至少一種。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，降溫速率為100℃/h～200℃/h；降壓速率為170MPa/h～230MPa/h。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，上述步驟在熱等靜壓爐中進(jìn)行。

S123、對(duì)SLM成型鋼模具進(jìn)行精加工處理。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行精加工處理包括對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行電火花處理、車(chē)工或洗工等處理。

上述SLM成型鋼模具毛坯件的后處理方法及SLM成型鋼模具的制備方法，首先在真空環(huán)境或保護(hù)性氣體氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行升溫、保溫和冷卻處理，再在保護(hù)性氣體氛圍下對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過(guò)程包括升溫升壓、保溫保壓和降溫處理，通過(guò)合理的溫度控制和壓力控制能有效消除SLM成型鋼模具的內(nèi)應(yīng)力積累，增強(qiáng)表面硬度，并提高SLM成型鋼模具的致密性和力學(xué)性能。

需要說(shuō)明的是，上述步驟中S123可以省略。

下面是具體實(shí)施例的說(shuō)明。

實(shí)施例1

采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件，激光掃描速度為600mm/s；激光掃描的功率為180W；加工層厚為30μm，激光光斑直徑為50μm。

在真空環(huán)境下，將SLM成型鋼模具毛坯件在5h內(nèi)升溫至450℃，再將SLM成型鋼模具毛坯件在450℃下保溫12h，再自然冷卻至室溫；

再將SLM成型鋼模具毛坯件置于熱等靜壓爐中，在氬氣氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過(guò)程具體為在6h內(nèi)升溫升壓至溫度為1000℃，壓強(qiáng)為230MPa，再將SLM成型鋼模具毛坯件保溫保壓8h，再降溫降壓至室溫室壓。

實(shí)施例2

采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件，激光掃描速度為500mm/s；激光掃描的功率為200W；加工層厚為25μm，激光光斑直徑為40μm。

在真空環(huán)境下，將SLM成型鋼模具毛坯件在7h內(nèi)升溫至550℃，再將SLM成型鋼模具毛坯件在550℃下保溫6h，再自然冷卻至室溫；

再將SLM成型鋼模具毛坯件置于熱等靜壓爐中，在氦氣氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過(guò)程具體為在8h內(nèi)升溫升壓至溫度為2000℃，壓強(qiáng)為170MPa，再將SLM成型鋼模具毛坯件保溫保壓6h，再降溫降壓至室溫室壓。

實(shí)施例3

采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件，激光掃描速度為700mm/s；激光掃描的功率為150W；加工層厚為40μm，激光光斑直徑為60μm。

在真空環(huán)境下，將SLM成型鋼模具毛坯件在6h內(nèi)升溫至490℃，再將SLM成型鋼模具毛坯件在500℃下保溫8h，再自然冷卻至室溫；

再將SLM成型鋼模具毛坯件置于熱等靜壓爐中，在氬氣氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過(guò)程具體為在7h內(nèi)升溫升壓至溫度為1500℃，壓強(qiáng)為200MPa，再將SLM成型鋼模具毛坯件保溫保壓7h，再降溫降壓至室溫室壓。

實(shí)施例4

采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件，激光掃描速度為700mm/s；激光掃描的功率為150W；加工層厚為40μm，激光光斑直徑為60μm。

在真空環(huán)境下，將SLM成型鋼模具毛坯件在6h內(nèi)升溫至450℃，再將SLM成型鋼模具毛坯件在500℃下保溫8h，再自然冷卻至室溫。

實(shí)施例5

采用SLM技術(shù)制備得到SLM成型鋼模具毛坯件，激光掃描速度為700mm/s；激光掃描的功率為150W；加工層厚為40μm，激光光斑直徑為60μm。

再將SLM成型鋼模具毛坯件置于熱等靜壓爐中，在氬氣氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具毛坯件進(jìn)行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過(guò)程具體為在7h內(nèi)升溫升壓至溫度為1500℃，壓強(qiáng)為200MPa，再將SLM成型鋼模具毛坯件保溫保壓7h，再降溫降壓至室溫室壓。

對(duì)實(shí)施例1～5得到的SLM成型鋼模具及SLM成型鋼模具毛坯件的表面硬度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。表面硬度的測(cè)量根據(jù)GB/T 230.1-2009金屬洛氏硬度實(shí)驗(yàn)方法，采用洛氏硬度計(jì)測(cè)量得到。

表1

實(shí)施例5和實(shí)施例3的SLM成型鋼模具的金相圖如圖2所示，實(shí)施例4和實(shí)施例1的SLM成型鋼模具的金相圖如圖3所示，圖2與圖3中金相圖片的方法倍數(shù)為400倍。從圖2和圖3可以看出，先在真空環(huán)境或保護(hù)性氣體氛圍下，對(duì)SLM成型鋼模具進(jìn)行升溫、保溫和冷卻處理，再在保護(hù)性氣體氛圍下對(duì)SLM成型鋼模具進(jìn)行熱等靜壓處理，能有有效減少SLM成型鋼模具中金屬粉末的間隙，使其更為致密，從而提高材料的致密性。實(shí)施例4和實(shí)施例3的SLM成型鋼模具的顯微結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，可以看出，實(shí)施例3得到的SLM成型鋼模具的致密性更佳。圖5為SLM成型鋼模具毛胚件(A)和實(shí)施例4(B)的SLM成型鋼模具的表面結(jié)構(gòu)圖，圖5中表面結(jié)構(gòu)圖的放大倍數(shù)為20倍。從圖中可以看出，對(duì)SLM成型鋼模具進(jìn)行升溫、保溫和冷卻處理后金屬材料粉末比較疏松，致密性不足。

圖6說(shuō)明了SLM成型鋼模具在進(jìn)行熱等靜壓處理時(shí)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化：(1)粒子靠近及重排階段，粒子的臨近配位數(shù)明顯增大，從而使粉末體的空隙大大減少，相對(duì)密度得到提高；(2)塑性變形階段，當(dāng)粉末體承受的壓應(yīng)力超過(guò)其屈服切應(yīng)力時(shí)，粒子將以滑移方式產(chǎn)生塑性變形；(3)擴(kuò)散蠕變階段，單個(gè)原子或空穴擴(kuò)散蠕變，整個(gè)粉末體的致密化過(guò)程緩慢下來(lái)，最后趨近于以最大終端密度值。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。