粉末床激光熔化成形H13鋼工藝優化及力學性能研究

舒雷，張正文 ,，劉麗君，毛勝蘭

（1.重慶大學金屬增材制造（3D打印）重慶市重點實驗室，重慶400044；2.重慶大學機械傳動國家重點實驗室，重慶400044；3.蘇州西帝摩三維打印科技有限公司，江蘇蘇州215131）

H13鋼是一種廣泛應用在模具行業的熱作模具鋼[1]，具有高硬度、良好的韌性、高耐磨性和抗腐蝕性能，同時也具有良好的抵抗熱沖擊和熱疲勞的性能[2]。增材制造（Additive manufacture）作為一種新興的制造技術，具備區別于傳統加工方法的特點，不僅能加快產品開發和縮短產品進入市場的時間，還可以提高產品質量、減少能源消耗和降低成本[3]。粉末床激光熔化（Laser-powder bed fusion）是近幾年發展最快的增材制造（AM）技術之一，也叫選擇性激光熔化（SLM），廣泛應用在航空航天、模具、生物醫療和電子行業[4-7]中。采用SLM 技術成形的帶有隨形冷卻水道的模具相比于傳統模具更具優勢，能大大提高冷卻效率，從而提高生產效率，已經有不少采用SLM技術成形的模具或模具鑲件應用在工業生產中[5,8-9]。

目前，SLM 技術成形模具主要使用MS1模具鋼，而相比于MS1，H13鋼在高溫下具有更好的抗軟化性能和疲勞性能，在壓鑄模具行業應用更為廣泛[10]。有學者針對SLM 技術成形H13鋼已經開展了一些研究。Narvan 等[11]對SLM 成形H13鋼塊體進行了致密度優化，但實驗參數中激光功率僅僅選取了100 W、200 W 和300 W 這3組，掃描間距選取了0.08 mm 和0.12 mm 兩組，且尚未研究SLM 成形H13鋼的拉伸性能。劉杰等[12]在高功率高速度條件下，研究體能量密度對SLM成形H13鋼塊體致密度和力學性能的影響，最優工藝參數下成形H13鋼塊體的致密度為98.4%，致密度較低，成形件內部仍有缺陷和孔洞，且文中僅僅針對4組實驗展開研究，體能量密度與致密度之間的準確關系尚不明確。……