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：

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

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

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對SLM成型鋼模具硬度和致密性不夠的問題，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)境或保護性氣體氛圍下，將SLM成型鋼模具毛坯件在5h～7h內升溫至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；

在保護性氣體氛圍下，對冷卻至室溫的所述SLM成型鋼模具毛坯件進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內升溫升壓至溫度為1000℃～2000℃，壓強為170MPa～230MPa，并保溫保壓6h～8h，之后降溫降壓至室溫室壓。

在其中一個實施方式中，所述保護性氣體氛圍為氬氣氣氛和氦氣氣氛中的至少一種。

在其中一個實施方式中，所述SLM成型鋼模具毛坯件的外表面預留厚度為0.5mm～0.8mm的余量。

在其中一個實施方式中，所述對所述SLM成型鋼模具毛坯件進行熱等靜壓處理的步驟之后還包括步驟：對所述SLM成型鋼模具進行精加工處理。

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所述SLM成型鋼模具毛坯件進行后處理。

在其中一個實施方式中，所述采用SLM技術制備得到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。

在其中一個實施方式中，所述采用SLM技術制備得到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)境或保護性氣體氛圍下，對SLM成型鋼模具毛坯件進行升溫、保溫和冷卻處理，再在保護性氣體氛圍下對SLM成型鋼模具進行熱等靜壓處理，通過合理的溫度控制和壓力控制能有效消除SLM成型鋼模具的內應力積累，增強表面硬度，并提高SLM成型鋼模具的致密性和力學性能。

附圖說明

圖1為一實施方式的SLM成型鋼模具的制備方法的流程圖；

圖2為實施例5(A)和實施例3(B)的SLM成型鋼模具的金相圖片；

圖3為實施例4(A)和實施例1(B)的SLM成型鋼模具的金相圖片；

圖4為實施例4(A)和實施例3(B)的SLM成型鋼模具的顯微結構圖；

圖5為SLM成型鋼模具毛胚件(A)和實施例4(B)的SLM成型鋼模具的表面結構圖；

圖6為一實施方式的SLM成型鋼模具在進行熱等靜壓處理時內部組織結構的變化示意圖。

具體實施方式

下面將結合具體實施方式和附圖對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一步的詳細說明。

請參閱圖1，一實施方式的SLM成型鋼模具的制備方法，包括以下步驟：

S110、采用SLM技術成型鋼模具毛坯件。

選擇性激光熔融(SLM)技術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，從而形成與電腦中CAD相同的部件的方法。采用SLM技術實現(xiàn)了模具的3D打印，同時保持金屬材料優(yōu)異的性質。

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

在其中一個實施方式中，SLM技術成型鋼模具毛坯件時加工層厚為25μm～40μm，激光光斑直徑為40μm～60μm。

在其中一個實施方式中，采用SLM技術成型鋼模具毛坯件時，其外表面預留厚度為0.5mm～0.8mm的余量，用于補償后續(xù)處理中導致的變形量。

S120、對SLM成型鋼模具毛坯件進行后處理。

S121、在真空環(huán)境或保護性氣體氛圍下，將SLM成型鋼模具毛坯件在5h～7h內升溫至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。

在其中一個實施方式中，保護性氣體氛圍為氦氣氣氛和氬氣氣氛中的至少一種。

在其中一個實施方式中，自然冷卻的降溫速率為80℃/h～120℃/h。

在其中一個實施方式中，步驟S121可以在烘箱、馬弗爐或者氣氛爐中進行。

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

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

在其中一個實施方式中，保護性氣體氛圍為氦氣氣氛和氬氣氣氛中的至少一種。

在其中一個實施方式中，降溫速率為100℃/h～200℃/h；降壓速率為170MPa/h～230MPa/h。

在其中一個實施方式中，上述步驟在熱等靜壓爐中進行。

S123、對SLM成型鋼模具進行精加工處理。

在其中一個實施方式中，對SLM成型鋼模具毛坯件進行精加工處理包括對SLM成型鋼模具毛坯件進行電火花處理、車工或洗工等處理。

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)境或保護性氣體氛圍下，對SLM成型鋼模具毛坯件進行升溫、保溫和冷卻處理，再在保護性氣體氛圍下對SLM成型鋼模具毛坯件進行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過程包括升溫升壓、保溫保壓和降溫處理，通過合理的溫度控制和壓力控制能有效消除SLM成型鋼模具的內應力積累，增強表面硬度，并提高SLM成型鋼模具的致密性和力學性能。

需要說明的是，上述步驟中S123可以省略。

下面是具體實施例的說明。

實施例1

采用SLM技術制備得到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SLM成型鋼模具毛坯件進行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過程具體為在6h內升溫升壓至溫度為1000℃，壓強為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。

實施例2

采用SLM技術制備得到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SLM成型鋼模具毛坯件進行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過程具體為在8h內升溫升壓至溫度為2000℃，壓強為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。

實施例3

采用SLM技術制備得到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SLM成型鋼模具毛坯件進行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過程具體為在7h內升溫升壓至溫度為1500℃，壓強為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。

實施例4

采用SLM技術制備得到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。

實施例5

采用SLM技術制備得到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SLM成型鋼模具毛坯件進行熱等靜壓處理，熱等靜壓處理過程具體為在7h內升溫升壓至溫度為1500℃，壓強為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。

對實施例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行測試，測試結果如表1所示。表面硬度的測量根據(jù)GB/T 230.1-2009金屬洛氏硬度實驗方法，采用洛氏硬度計測量得到。

表1

實施例5和實施例3的SLM成型鋼模具的金相圖如圖2所示，實施例4和實施例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)境或保護性氣體氛圍下，對SLM成型鋼模具進行升溫、保溫和冷卻處理，再在保護性氣體氛圍下對SLM成型鋼模具進行熱等靜壓處理，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。實施例4和實施例3的SLM成型鋼模具的顯微結構圖如圖5所示，可以看出，實施例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)和實施例4(B)的SLM成型鋼模具的表面結構圖，圖5中表面結構圖的放大倍數(shù)為20倍。從圖中可以看出，對SLM成型鋼模具進行升溫、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說明了SLM成型鋼模具在進行熱等靜壓處理時內部組織結構的變化：(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，相對密度得到提高；(2)塑性變形階段，當粉末體承受的壓應力超過其屈服切應力時，粒子將以滑移方式產生塑性變形；(3)擴散蠕變階段，單個原子或空穴擴散蠕變，整個粉末體的致密化過程緩慢下來，最后趨近于以最大終端密度值。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。