粉末床熔融增材制造工模具钢的研究进展

刘世锋1，孙志雄1，魏瑛康1，王岩1，王建勇1，张亮亮1，杨鑫2，汤慧萍2 （1.西安建筑科技大学冶金工程学院；2.浙大城市学院先进材料增材制造创新研究中心）

摘要： 工模具被誉为“现代工业之母”，其发展水平直接决定了制造业的核心竞争力，在国家重大工程、高端装备和先进武器中的地位不可替代。增材制造技术基于“离散-堆积”原理，以逐点/逐线/逐层堆积方式制造实体零部件，能实现复杂外形或内流道刀具、模具的短流程高效制备，进而提高刀具切削效率、解决模具制品翘曲变形难题，近年来已发展为高端刀具、模具制造的新兴技术之一。粉末床熔融（PBF）是近年来发展较为迅猛的一种金属增材制造工艺，具有材料选择多、成形精度高、成形件力学性能好和对几何形状不敏感等突出优点，可满足极端复杂构件的高质量、高效制造。综述了国内外PBF 成形工模具钢的研究与应用现状。首先介绍了PBF 技术的特点及商用设备的最新发展状况；国产商用PBF 设备已有较大程度的发展，可成形零件尺寸已达米级。其次重点分析了PBF 成形工模具钢的特有优势，以及高速工具钢、热作模具钢及塑料模具钢等3 类工模具钢的工艺窗口与组织、性能特征；在快冷（106~108 K/s）条件下，PBF 成形组织更加细小且有效抑制宏观偏析，优化工艺后PBF 可成形完全致密工模具钢，其热处理后的综合力学性能接近甚至超过标准锻件水平。接着总结了PBF 成形工模具钢在复杂构形刀具、模具方面的工程应用，提出了领域关注方向及进一步的发展趋势。最后总结了该方向的研究进展并对其发展前景和重点发展方向进行了展望。

关键词： 增材制造； 工模具钢； 显微组织； 碳化物； 力学性能