【摘 要】
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选区激光熔化成型（Selective Laser Melting,简称SLM）工艺制备随形冷却水道模具日益成熟,材料的热导率成为了限制随形冷却模具生产效率的另一个关键因素。针对目前选区激光熔化成型用模具钢材料热导率普遍较低的问题,本文基于低碳低合金化的设计思路,结合Jmat-Pro热导率预测结果设计了6种相同碳含量,不同合金元素含量的选区激光熔化成型用高热导率模具钢。研究对比了6种新型模具钢的组织
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选区激光熔化成型（Selective Laser Melting,简称SLM）工艺制备随形冷却水道模具日益成熟,材料的热导率成为了限制随形冷却模具生产效率的另一个关键因素。针对目前选区激光熔化成型用模具钢材料热导率普遍较低的问题,本文基于低碳低合金化的设计思路,结合Jmat-Pro热导率预测结果设计了6种相同碳含量,不同合金元素含量的选区激光熔化成型用高热导率模具钢。研究对比了6种新型模具钢的组织、力学性能及热导率,最终优化出1#模具钢作为新型选区激光熔化成型用高热导率模具钢,并通过单因素实验、正交实验、BBD相应曲面实验相结合的方法探索1#高导热模具钢最优的选区激光熔化成型工艺,最后对成型件的打印态和热处理态微观组织、力学性能、热导率进行了研究分析,主要结果如下:（1）合金元素添加显著恶化材料热导率,100℃条件下1#、2#、3#、4#、5#、6#模具钢的热导率依次为29.9、33.9、29.5、27.4、23.7、31.1（W/m·K）,相较于18Ni300热导率提高率依次为31%、48%、29%、20%、4%、37%,其中1#、2#、3#、6#模具钢热导率的提升率符合3D打印高热导率模具钢设计初衷,而热扩散系数的不同是造成6种模具钢热导率出现较大差异的主要原因。（2）1#、2#、3#、6#模具钢的A3温度依次为771℃、851℃、812℃、805℃,1#钢经过900℃固溶+500℃时效处理后硬度为43.1HRC、抗拉强度为1121.8MPa,2#钢经过950℃固溶+525℃时效后硬度为35.7HRC、抗拉强度为948.4MPa,3#、6#钢经过900℃固溶+475℃时效后硬度分别为39.3 HRC、39.2 HRC,强度分别为1059.3MPa、1027.7MPa。4种模具钢的力学性能对时效温度极为敏感,最佳时效温度均在475℃～525℃范围内,时效时间对组织和力学性能影响较小。（3）优化得到1#模具钢选激光熔化成型工艺参数为激光功率310W、扫描速度930mm/s、扫描间距0.12mm、铺粉厚度0.05mm,优化工艺参数下成型件致密度为99.962%,其打印态组织为全马氏体组织,抗拉强度为1041MPa、硬度为31.8HRC,经过900℃固溶+500℃时效热处理后强度提高到1364MPa,硬度提高到45.2HRC,晶粒由打印态的细晶与大尺寸柱状晶混合转变为热处理态的平均晶粒尺寸10μm的等轴晶。100℃条件下,打印态热导率为29.31（W/m·K）,经热处理后提高到33.67（W/m·K）,相较于目前常用的18Ni300增材制造模具钢,热导率提升超过50%。
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