清華大學(xué)聯(lián)合弗勞恩霍夫研究所、亞琛工大對增材制造H11模具鋼的粗糙表面進(jìn)行了激光拋光h11鋼材多少錢一公斤。采用多步驟激光拋光的辦法，目前可以獲得的更小光潔度為Ra0.05μm。激光拋光時(shí)高的溫度梯度、短的作用時(shí)間以及多個(gè)回火循環(huán)造成細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)。每一次及激光拋光都會(huì)造成表面邊界層的碳發(fā)生脫碳。脫碳伴隨的CO2和O2的逸出同較少的馬氏體相變、、低的硬度和低的表面粗糙度密切相關(guān)。激光拋光同時(shí)會(huì)在表面造成更高可達(dá)926MPa的殘余應(yīng)力。這一成果發(fā)表在近期出版的期刊《MaterialsandDesign上。
研究背景：
在當(dāng)今，工模具的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其被設(shè)計(jì)和制造成各種類型以滿足工業(yè)應(yīng)用，如航空航天、汽車、電子等。對壓鑄模具來說，H系列熱作模具鋼是至關(guān)重要且普遍應(yīng)用的鋼種。如AISIH11熱作模具鋼就是壓鑄模具中比較理想的一種鋼材，該鋼材具有優(yōu)異的機(jī)械性能。該鋼種屬于含Cr系模具鋼，AISIH11鋼具有非常高的硬度?？箾_擊能力和強(qiáng)韌性，從而使得該鋼種極易適合用于高載荷下的熱金屬成型加工。因此h11鋼材多少錢一公斤，H11模具鋼在工模具加工領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛并成為許多工具、模具的標(biāo)準(zhǔn)用材，如擠壓模具。而激光的材料加工在制造、修復(fù)、表面精飾這些模具上正變得越來也重要。如Sames等人在文章中指出激光增材制造，如LPBF和DMD的引入，會(huì)在模具鋼領(lǐng)域中占據(jù)越來越大的比重。實(shí)際上，關(guān)于H11模具鋼的3D打印在2003年就已經(jīng)有相關(guān)報(bào)道。近年來關(guān)于3D打印H11模具鋼的報(bào)道和應(yīng)用日益增多。
然而，不管是那種3D打印技術(shù)，其表面粗糙度總是不能令人滿意。激光選區(qū)熔化馬氏體時(shí)效硬化鋼的表面粗糙度小于Ra5μm已經(jīng)被認(rèn)為是目前比較低的水平啦。因此，表面粗糙度經(jīng)常需要采用后續(xù)工藝進(jìn)行降低。
一種可以降低金屬表面粗糙度的相對較新的技術(shù)是激光拋光（Laserpolishing，LP）。從本質(zhì)上來講，激光表面拋光技術(shù)實(shí)際上是一種微焊接技術(shù)，該技術(shù)是通過熔化表面層的邊界，然后熔化層在凝固成光滑狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。激光表面拋光過程是一個(gè)在空間分布的熱過程和由于快速加熱、快速冷卻所形成的極端溫度梯度的工藝過程。
Marrow等人預(yù)測采用脈沖激光拋光時(shí)，其冷卻速率更高可達(dá)10exp（7）到10（9）K/S。激光拋光工藝作為傳統(tǒng)工藝制造工模具時(shí)的更后一道加工工序，同時(shí)將這一工藝用于LPBF和LMD工藝的更后一道加工工序也是非常有趣的。這一嘗試早在2007年就有人進(jìn)行過嘗試。采用激光拋光作為3D打印制造的精加工工序特別有趣，在于激光打印時(shí)所使用的激光源同激光拋光所用的激光源是一樣的，如都是連續(xù)激光、disk激光等。在本質(zhì)上，這些光源同樣適用于激光拋光。而且，Rosa等人曾經(jīng)嘗試過采用激光拋光的工藝來提高3D打印316L不銹鋼制品的表面粗糙度。因此，LP工藝實(shí)際上是一種利用激光熔化表面的粗糙區(qū)域形成熔池，進(jìn)而讓熔池在局部空間重熔分布形成凝固而獲得光滑表面的過程。因此，此處的LP工藝不涉及到材料損失的過程。
參數(shù)P3作用下得到的激光表面拋光時(shí)的截面SEM組織圖（a）；EBSD截面圖（b）；采用偽彩色圖像處理技術(shù)得到的晶粒方向
主要研究成果
該研究團(tuán)隊(duì)首先研究了多道激光拋光對模具鋼表面重熔層的顯微組織的影響。采用四套不同的參數(shù)組合，首先對退火態(tài)的模具鋼H11進(jìn)行了研究。緊接著，采用連續(xù)激光和脈沖激光進(jìn)行了多步驟重熔，從而顯著的降低了表面的粗糙度。重熔層采用表面粗糙度測量儀、XRD、EBSD、GDES以及納米硬度測試儀進(jìn)行了測量表征。
激光表面拋光導(dǎo)致了晶粒細(xì)化和顯微硬度的顯著增加。較低的碳濃度同表面低硬度密切相關(guān)，表面更低硬度為366Hv。激光拋光后表面殘余應(yīng)力更高可達(dá)926MPa。總體而言，高的溫度梯度，尤其是由于碳擴(kuò)散遷移造成的脫碳過程是激光拋光過程中粗糙度變化和顯微組織、性能變化的更關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)力。
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