激光选区熔化成形4Cr13模具钢零件的力学性能研究

发布时间：2017-12-22 06:10

  本文关键词：激光选区熔化成形4Cr13模具钢零件的力学性能研究　出处：《华中科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)作为先进增材制造技术,具有成形结构不受限制、工艺周期短、成形效率高、制造成本低等优势,特别适合具有复杂内部结构的高性能模具的制造。4Cr13模具钢是一种广泛应用的耐蚀性模具钢,前期研究表明该金属粉末具有良好的SLM成形性。在此基础上,本文深入研究了4Cr13粉末SLM成形件的力学性能,探讨了不同方向上成形件的拉伸性能以及热处理工艺对拉伸性能的影响规律,得出了拉伸性能参数,从SLM成形件孔隙和熔池边界的特点上揭示了各向异性产生的原因,从金相显微组织、断口形貌的角度分析了成形件直接拉伸和热处理后拉伸性能的特点和原因。主要内容如下:(1)使用优化的工艺参数成形出4Cr13的拉伸试样,对SLM成形件在沿X-Y面、X-Z面及堆叠Z向三个方向进行拉伸测试,其中沿X-Y面拉伸性能最差,平均强度仅达469.1 MPa,延伸率仅为3.0%,拉伸呈明显的解理脆性断裂;沿X-Z面拉伸平均强度达1118.9 MPa,延伸率达7.8%,拉伸呈准解理断裂;沿材料堆叠Z向拉伸性能最好,平均强度高达1385.5 MPa,延伸率为7.1%,拉伸出现细小的等轴韧窝,呈现出韧性断裂特征,强度和韧性均相对较好。(2)根据SLM粉末成形的特点,极易形成孔隙、内部特有的熔池边界、晶粒取向不一致及组织应力,分析了拉伸性能各向异性的产生原因,通过退火处理消除这些因素,明显改善了成形件的各向异性,沿X-Z面和材料堆叠Z向拉伸的强度降低,分别为1067.9 MPa和1054.6 MPa,塑性大大提高,延伸率分别为19.1%和17.9%,断裂形式属明显的韧性断裂。(3)通过热处理工艺,测试SLM成形件沿X-Z面的拉伸性能,强度和塑性得到明显的改善。退火处理后形成了均匀化的珠光体和碳化物混合组织,强度略微降低,从1118.9 MPa,降低到1067.9 MPa,降低了4.7%,塑性大大提高,从7.8%提高到19.1%,提高了144.9%;Cr元素使4Cr13相变曲线明显右移,正火处理空冷生成了粗大的马氏体,随机的分布在珠光体中,SLM成形件的均匀性并未改善,强度大大提高,塑性明显降低,抗拉强度提高到1385.7 MPa,提高了23.8%,延伸率降低到5.9%,降低了25.1%;淬火处理使SLM成形件发生马氏体相变,回火后得到回火马氏体,强度和塑性均得到大大地提升,强度提高到1837.1 MPa,提高了64.2%,延伸率提高到13.8%,提高了76.2%;淬火+时效处理中淬火马氏体具有较强的脆硬性,强度和塑性略差于淬火+回火处理,强度提高到1812.1 MPa,提高了61.9%,延伸率提高到12.5%,提高了59.1%。通过本文的研究,确定了SLM成形4Cr13粉末材料的各向拉伸性能的特点,得出不同热处理工艺对成形件拉伸性能的影响规律,表征了SLM组织的变化,给使用SLM技术成形4Cr13高性能复杂模具的进一步研究和工业应用奠定了基础。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TG665

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