CN113584386B - 一种3d打印不锈钢材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种3d打印不锈钢材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种3D打印不锈钢材料及其制备方法和应用，涉及3D打印技术领域，用于制备一种综合性能较高的3D打印不锈钢材料。所述3D打印不锈钢材料包括镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素。3D打印不锈钢材料的制备方法应用于上述技术方案所提的3D打印不锈钢材料。该3D打印不锈钢材料的制备方法包括对原材料进行熔炼，得到钢液。采用气雾化法对所述钢液进行雾化处理，得到3D打印不锈钢材料。本发明提供的3D打印不锈钢材料的制备方法用于制备3D打印不锈钢材料。

Description

一种3D打印不锈钢材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印不锈钢材料及其制备方法和应用。
背景技术
汽车轮胎花纹的加工的精密程度直接影响到汽车轮胎的精度和质量，甚至是汽车轮胎的安全、驾驶的舒适度等等。由于汽车轮胎花纹具有弧度多、角度多的特点，采用传统的加工手段难以精准完成，因此，目前通常使用3D打印工艺制备出汽车轮胎模具，以完成传统机加工难以实现的轮胎花纹的形状复杂度和精度。
但是当使用3D打印工艺制备出汽车轮胎模具制备轮胎时，随着汽车轮胎花纹的复杂多变，使得汽车轮胎脱模时的阻力较大，极易出现汽车轮胎模具材料拉伸断裂的问题，使得制备的汽车轮胎受到损伤，降低了汽车轮胎模具的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印不锈钢材料及制备方法和应用，用于制备一种综合性能较高的3D打印不锈钢材料。
第一方面，本发明提供了一种3D打印不锈钢材料。该3D打印不锈钢材料包括镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素。
与现有技术相比，本发明提供的3D打印不锈钢材料包括镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素。其中，镍元素是奥氏体形成元素，能扩大奥氏体稳定区域，提高该3D打印不锈钢材料的电位和钝化倾向，提高该3D打印不锈钢材料的塑性和韧性。在Fe-Cr合金奥氏体相区中，随镍元素含量的升高，奥氏体相区向高铬元素的方向移动，使在高Cr含量下不至于形成铁素体组织，提高了该3D打印不锈钢材料的热塑性，强度，横向韧性和耐蚀性。
铬元素对该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能起到了决定性的作用。当该3D打印不锈钢材料置于氧化介质中时，铬元素能在该3D打印不锈钢材料的表面形成稳定而致密的三氧化二铬保护膜，从而防止该3D打印不锈钢材料被进一步腐蚀。
铌元素是碳、氮化物形成元素，可以提高该3D打印不锈钢材料的强度和塑韧性，改善其综合力学性能。在3D打印不锈钢材料中固溶的铌原子的拖曳作用下，可以推迟该3D打印不锈钢材料的再结晶和γ→α的扩散相变，使得相变的温度降低，从而细化晶粒，提高该3D打印不锈钢材料的塑性。且由于铌的碳化物和碳氮化物的形成，可以阻止晶粒长大、阻止再结晶和析出强化，使得该3D打印不锈钢材料的性能得到提升。同时，在3D打印不锈钢材料中，由于铌元素与碳元素的亲和力比铬元素大，因此碳元素优先与铌元素结合成碳化铌，使得碳元素不再与铬元素结合成碳化铬，从而避免引起晶界贫铬区，避免了晶间腐蚀的发生，提高了该3D打印不锈钢材料的机械强度和塑韧性，提高了三氧化二铬保护膜中铬元素的浓度，提高了三氧化二铬保护膜的稳定度，从而提高了该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能。
钼元素可以提高该3D打印不锈钢材料的强度、韧性和耐蚀性。在马氏体时效初期，3D打印不锈钢材料中析出富钼析出物，使得该3D打印不锈钢材料被强化的同时，还可以保持该3D打印不锈钢材料的韧性。在该3D打印不锈钢材料中添加钼元素还可以阻止析出相沿原奥氏体晶界析出，从而避免了沿晶断裂、提高了该3D打印不锈钢材料的断裂韧性，钼对耐蚀性的提升优于铬，且对破坏后材料表面氧化膜有一定的修复作用。提高该3D打印不锈钢材料在某些还原性介质中的耐腐蚀性能，并有效地抑制氯离子的点腐蚀倾向，提高该3D打印不锈钢材料的抗晶间腐蚀能力。
硅元素是强烈的强化铁素体元素。当该3D打印不锈钢材料置于高温下或在强氧化性介质中时，硅元素可以在该3D打印不锈钢材料的表面形成一层富硅的表面二氧化硅氧化层，从而提高该3D打印不锈钢材料的抗氧化性和抗腐蚀性能。同时，硅元素还可以抑制该3D打印不锈钢材料在氯离子介质中的点腐蚀倾向，在硅元素和钼元素的共同作用下，进一步提高该3D打印不锈钢材料在某些还原性介质中的耐腐蚀性能。
铜元素是一种较弱的奥氏体形成元素，在该3D打印不锈钢材料中，铜元素以富铜强化相存在，使得该3D打印不锈钢材料被强化，且铜元素能起到固溶强化的作用，使得该3D打印不锈钢材料的强度、硬度得到提高。当该3D打印不锈钢材料置于腐蚀介质中时，铜元素在该3D打印不锈钢材料的表面二氧化硅氧化层下形成铜的富集层，以阻止氧化铁继续向该3D打印不锈钢材料的内部深入，从而提高了该3D打印不锈钢材料在腐蚀介质中的耐蚀性和耐应力腐蚀能力。
锰元素是扩大γ区的元素，可以稳定奥氏体组织，提高该3D打印不锈钢材料的淬透性，从而提高该3D打印不锈钢材料的力学性能。且由于铬元素的存在，可以避免锰元素对3D打印不锈钢材料的耐点蚀性、耐缝隙腐蚀性能的影响，以保证在提高该3D打印不锈钢材料的力学性能的基础上，对该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能不会产生影响。
第二方面，本发明还提供一种3D打印不锈钢材料的制备方法。该3D打印不锈钢材料的制备方法应用于第一方面或第一方面任一可能的实现方式所述的3D打印不锈钢材料。该3D打印不锈钢材料的制备方法包括：
对原材料进行熔炼，得到钢液。
采用气雾化法对所述钢液进行雾化处理，得到3D打印不锈钢材料。
与现有技术相比，本发明提供的3D打印不锈钢材料的制备方法的有益效果与第一方面或者第一方面任一可能的实现方式所描述的3D打印不锈钢材料的有益效果相同，此处不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种第一方面或者第一方面任一可能的实现方式所描述的3D打印不锈钢材料在汽车轮胎领域中作为汽车轮胎模具的应用。
与现有技术相比，本发明提供的一种第一方面或者第一方面任一可能的实现方式所描述的3D打印不锈钢材料在汽车轮胎领域中作为汽车轮胎模具的应用的有益效果与第一方面或者第一方面任一可能的实现方式所述的3D打印不锈钢材料的有益效果相同，此处不做赘述。
第四方面，本发明还提供一种汽车轮胎模具的制备方法。该汽车轮胎模具的制备方法包括：按照预设打印参数，采用3D打印设备对第一方面或者第一方面任一可能的实现方式所描述的3D打印不锈钢材料进行打印，得到汽车轮胎模具。
与现有技术相比，本发明提供的一种汽车轮胎模具的制备方法的有益效果与第一方面或者第一方面任一可能的实现方式所述的3D打印不锈钢材料的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种3D打印不锈钢材料的制备方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的一种汽车轮胎模具的制备方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
汽车轮胎花纹是汽车轮胎制备工艺中重要而又复杂多变的加工难点，其加工的精密程度直接影响到汽车轮胎的精度和质量，甚至是汽车轮胎的安全、驾驶的舒适度等等。汽车轮胎花纹的结构往往呈现出空间三维扭曲结构、且汽车轮胎花纹具有弧度多、角度多的特点，采用传统的加工手段难以精准完成，即使采用电火花加工工艺也存在一些难以解决的问题。目前，通过采用金属3D打印制备的汽车轮胎模具制备汽车轮胎，突破了传统铸造与机加工技术难以实现的复杂纹理制造，完成了传统机加工难以实现的形状复杂度和精度，具有更复杂、更好的抓力和稳定性能。
但是，随着金属3D打印制备的汽车轮胎模具的快速发展，轮胎花纹变化和品种多样化也给后续生产制造带来一系列问题。例如，汽车轮胎花纹复杂多变，脱模时阻力较大，使得汽车轮胎模具的材料易出现拉伸断裂的问题，极易损伤汽车轮胎，缩短汽车轮胎模具的使用寿命。
基于上述不足，本发明实施例提供了一种综合性能较高的3D打印不锈钢材料。本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料包括：镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素。其中，镍元素是奥氏体形成元素，能扩大奥氏体稳定区域，提高该3D打印不锈钢材料的电位和钝化倾向，提高该3D打印不锈钢材料的塑性和韧性。
铬元素对该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能起到了决定性的作用。当该3D打印不锈钢材料置于氧化介质中时，铬元素能在该3D打印不锈钢材料的表面形成稳定而致密的三氧化二铬保护膜，从而防止该3D打印不锈钢材料被进一步腐蚀。
铌元素是碳、氮化物形成元素，可以提高该3D打印不锈钢材料的强度和塑韧性，改善其综合力学性能。在3D打印不锈钢材料中固溶的铌原子的拖曳作用下，可以推迟该3D打印不锈钢材料的再结晶和γ→α的扩散相变，使得相变的温度降低，从而细化晶粒，提高该3D打印不锈钢材料的塑性。且由于铌的碳化物和碳氮化物的形成，可以阻止晶粒长大、阻止再结晶和析出强化，使得该3D打印不锈钢材料的性能得到提升。同时，在3D打印不锈钢材料中，由于铌元素与碳元素的亲和力比铬元素大，因此碳元素优先与铌元素结合成碳化铌，使得碳元素不再与铬元素结合成碳化铬，从而避免引起晶界贫铬区，避免了晶间腐蚀的发生，提高了该3D打印不锈钢材料的机械强度和塑韧性，提高了三氧化二铬保护膜中铬元素的浓度，提高了三氧化二铬保护膜的稳定度，从而提高了该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能。
钼元素可以提高该3D打印不锈钢材料的强度、韧性和耐蚀性。在马氏体时效初期，3D打印不锈钢材料中析出富钼析出物，使得该3D打印不锈钢材料被强化的同时，还可以保持该3D打印不锈钢材料的韧性。在该3D打印不锈钢材料中添加钼元素还可以阻止析出相沿原奥氏体晶界析出，从而避免了沿晶断裂、提高了该3D打印不锈钢材料的断裂韧性，钼对耐蚀性的提升优于铬，且对破坏后材料表面氧化膜有一定的修复作用。提高该3D打印不锈钢材料在某些还原性介质中的耐腐蚀性能，并有效地抑制氯离子的点腐蚀倾向，提高该3D打印不锈钢材料的抗晶间腐蚀能力。
硅元素是强烈的强化铁素体元素。当该3D打印不锈钢材料置于高温下或在强氧化性介质中时，硅元素可以在该3D打印不锈钢材料的表面形成一层富硅的表面二氧化硅氧化层，从而提高该3D打印不锈钢材料的抗氧化性和抗腐蚀性能。同时，硅元素还可以抑制该3D打印不锈钢材料在氯离子介质中的点腐蚀倾向，在硅元素和钼元素的共同作用下，进一步提高该3D打印不锈钢材料在某些还原性介质中的耐腐蚀性能。
铜元素是一种较弱的奥氏体形成元素，在该3D打印不锈钢材料中，铜元素以富铜强化相存在，使得该3D打印不锈钢材料被强化，且铜元素能起到固溶强化的作用，使得该3D打印不锈钢材料的强度、硬度得到提高。当该3D打印不锈钢材料置于腐蚀介质中时，铜元素在该3D打印不锈钢材料的表面二氧化硅氧化层下形成铜的富集层，以阻止氧化铁继续向该3D打印不锈钢材料的内部深入，从而提高了该3D打印不锈钢材料在腐蚀介质中的耐蚀性和耐应力腐蚀能力。
锰元素是扩大γ区的元素，可以稳定奥氏体组织，提高该3D打印不锈钢材料的淬透性，从而提高该3D打印不锈钢材料的力学性能。且由于铬元素的存在，可以避免锰元素对3D打印不锈钢材料的耐点蚀性、耐缝隙腐蚀性能的影响，以保证在提高该3D打印不锈钢材料的力学性能的基础上，对该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能不会产生影响。
在一种可选方式中，以质量份数计，上述镍元素的质量份数为5.5份～7份，具体的，该镍元素的质量份数可以为5.5份、5.7份、6.2份、6.5份、6.7份、7份等。铬元素的质量份数为15份～17.5份，具体的，该铬元素的质量份数可以为15份、15.5份、16份、16.5份、16.7份、17.5份等。铜元素的质量份数为2份～3.5份，具体的，该铜元素的质量份数可以为2份、2.2份、2.5份、3份、3.2份、3.5份等。铌元素的质量份数为0.1份～0.35份，具体的，该铌元素的质量份数可以为0.1份、2.2份、2.5份、3份、3.2份、3.5份等。锰元素的质量份数为0.4份～0.8份，具体的，该锰元素的质量份数可以为0.4份、0.5份、0.7份、0.8份等。硅元素的质量份数为0.4份～0.8份，具体的，该硅元素的质量份数可以为0.4份、0.5份、0.7份、0.8份等。钼元素的质量份数为0.15份～0.25份，具体的，该钼元素的质量份数可以为0.15份、0.17份、0.2份、0.22份、0.25份等。碳元素的质量份数为0.04份～0.06份，具体的，该碳元素的质量份数可以为0.04份、0.045份、0.05份、0.055份、0.06份等。其余为铁元素。
在一种可选方式中，以质量份数计，上述镍元素的质量份数可以为6.5份～7份、铬元素的质量份数可以为16.5份～17.5份、铜元素的质量份数可以为2份～3份、铌元素的质量份数可以为0.1份～0.2份、锰元素的质量份数可以为0.4份～0.8份、硅元素的质量份数可以为0.4份～0.8份、钼元素的质量份数可以为0.2份～0.25份、碳元素的质量份数可以为0.04份～0.05份，其余为铁元素。
在一种可选方式中，以质量份数计，上述镍元素的质量份数可以为6份～6.5份、铬元素的质量份数可以为15份～16.5份、铜元素的质量份数可以为2份～3份、铌元素的质量份数可以为0.15份～0.3份、锰元素的质量份数可以为0.5份～0.8份、硅元素的质量份数可以为0.5份～0.8份、钼元素的质量份数可以为0.15份～0.2份、碳元素的质量份数可以为0.05份～0.06份，其余为铁元素。
在一种可选方式中，以质量份数计，上述镍元素的质量份数可以为5.5份～6份、铬元素的质量份数可以为15份～16份、铜元素的质量份数可以为2.5份～3.5份、铌元素的质量份数可以为0.2份～0.35份、锰元素的质量份数可以为0.4份～0.8份、硅元素的质量份数可以为0.4份～0.8份、钼元素的质量份数可以为0.15份～0.25份、碳元素的质量份数可以为0.04份～0.05份，其余为铁元素。
在本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料中，通过加入符合以上配比要求的镍元素，可以避免由于镍元素的含量过多，使得3D打印不锈钢材料的MS点降低，从而降低该3D打印不锈钢材料的强度的情况发生。通过加入符合以上配比要求的铬元素，一方面可以避免在固溶处理后，由于铬元素的含量过多形成有部分铁素体组织，影响该3D打印不锈钢材料的热塑性、强度、横向韧性和耐蚀性的情况发生。另一方面，可以避免锰元素对3D打印不锈钢材料的耐点蚀性、耐缝隙腐蚀性能的影响。通过加入符合以上配比要求的的铌元素，可以阻止晶粒长大、阻止再结晶和析出强化，使得该3D打印不锈钢材料的性能得到提升。同时，可以避免引起晶界贫铬区，避免了晶间腐蚀的发生，提高3D打印不锈钢材料的机械强度，提高三氧化二铬保护膜中铬元素的浓度，提高三氧化二铬保护膜的稳定度，从而进一步的提高该3D打印不锈钢材料的耐腐蚀性能。通过加入符合以上配比要求的铜元素，以避免热加工时的铜脆现象的发生，提高该3D打印不锈钢材料的强度。通过加入符合以上配比要求的硅元素，以避免硅元素对该3D打印不锈钢材料的脆性的影响。通过加入符合以上配比要求的钼元素，以避免由于钼元素添加量过多形成残留奥氏体，影响该该3D打印不锈钢材料的强度。
在一种可选方式中，上述3D打印不锈钢材料为粉末状的3D打印不锈钢材料。
图1示例出本发明实施例提供的一种上述3D打印不锈钢材料的制备方法的流程框图。如图1所示，该3D打印不锈钢材料的制备方法包括：
S100：对原材料进行熔炼，得到钢液。具体的，可以使用熔炼炉对原材料进行熔炼，并过滤熔炼时产生的杂质，已得到除杂后的钢液，减少杂质对制得的3D打印不锈钢材料的影响。应理解，为了进一步减少熔炼过程中的杂质污染，该熔炼环境可以是在氩气保护气氛下进行熔炼。在对原材料进行熔炼前，本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料的制备方法还可以包括提供含有镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素的混合材料作为原材料。
S110：采用气雾化法对钢液进行雾化处理，得到3D打印不锈钢材料。其中，采用气雾化法对钢液进行雾化处理的参数包括：熔炼温度为1600℃～1700℃，雾化气体为氩气或氮气，雾化压力为3～5MPa。该3D打印不锈钢材料的粒径分布为15μm～53μm，其中，D10＝10μm～25μm，D50＝30μm～40μm，D90＜63μm。该3D打印不锈钢材料的球形度＞0.85。通过本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料的制备方法制备的3D打印不锈钢材料的球形度好，卫星粉末少。在得到3D打印不锈钢材料后，本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料的制备方法还可以包括对3D打印不锈钢材料进行筛分处理和表面处理。
与现有技术相比，本发明提供的3D打印不锈钢材料的制备方法的有益效果与上述3D打印不锈钢材料的有益效果相同，此处不做赘述。
本发明实施例还提供了一种3D打印不锈钢材料在汽车轮胎领域中作为汽车轮胎模具的应用。当该3D打印不锈钢材料应用于汽车轮胎领域中作为汽车轮胎模具使用时，由于该3D打印不锈钢材料的综合性能较好，因此，制得的汽车轮胎模具的抗拉强度，屈服强度，延伸率和硬度等也较好，从而克服了由于汽车轮胎脱模时阻力较大，使得汽车轮胎模具易出现拉伸断裂的问题，提高了汽车轮胎的成品率，提高了该汽车轮胎模具的使用寿命，同时降低了生产成本。
图2示例出本发明实施例提供的一种汽车轮胎模具的制备方法的流程框图。如图2所示，该汽车轮胎模具的制备方法包括：
S200：按照预设打印参数，采用3D打印设备对上述3D打印不锈钢材料的制备方法制备得到的3D打印不锈钢材料进行打印，得到汽车轮胎模具。其中，预设打印参数包括汽车轮胎模具模型数据和打印工艺参数。具体的，打印工艺参数包括：成型功率可以为285W～500W，扫描速度可以为900mm/s～2000mm/s，层厚可以为20μm～80μm。该汽车轮胎模具的抗拉强度为800MPa～1200MPa，汽车轮胎模具的屈服强度为500MPa～1050MPa，汽车轮胎模具的延伸率为10％～35％，汽车轮胎模具的洛氏硬度为20HRC～40HRC。
在得到汽车轮胎模具后，本发明实施例提供的汽车轮胎模具的制备方法还包括：
S210：对汽车轮胎模具进行热处理。具体的，对汽车轮胎模具进行热处理可以包括：在第一温度条件下，对汽车轮胎模具进行保温处理后，空冷至室温。第一温度为980℃～1050℃，保温处理的时间为30min以上。然后，在第二温度条件下，对汽车轮胎模具进行保温处理后，空冷至室温。第二温度为580℃～620℃，保温处理的时间为1h～5h。
与现有技术相比，本发明提供的一种汽车轮胎模具的制备方法的有益效果与上述3D打印不锈钢材料的有益效果相同，此处不做赘述。
下面结合实施例具体对本发明实施例提供的一种3D打印不锈钢材料及其制备方法和应用进行进一步的说明，以下实施例仅仅是对本发明的解释，而不是限定。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的设备、原料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例选取的3D打印不锈钢材料的成分包括：7份的镍元素、17.5份的铬元素、2份的铜元素、0.1份的铌元素、0.4份的锰元素、0.4份的硅元素、0.25份的钼元素、0.05份的碳元素，其余为铁元素。选取的雾化气体为氩气。
本实施例提供的3D打印不锈钢材料的制备方法包括：
步骤一：提供符合上述成分配比要求的混合材料为原材料。
步骤二：使用熔炼炉对该原材料进行熔炼，并过滤熔炼产生的杂质后，得到钢液。
步骤三：采用气雾化法对钢液进行雾化处理，得到3D打印不锈钢材料。其中，采用气雾化法对钢液进行雾化处理的参数包括：熔炼温度为1600℃，雾化气体为氩气，雾化压力为4MPa。
步骤四：对3D打印不锈钢材料按照15μm～53μm的粒径分布范围进行筛分处理和表面处理，制得粉末状的3D打印不锈钢材料。经过检验得知该3D打印不锈钢材料的球形度为0.86。
本实施例提供的汽车轮胎模具的制备方法包括：
步骤一：按照汽车轮胎模具模型数据和打印工艺参数，采用3D打印设备对上述3D打印不锈钢材料进行打印，并打印随炉试棒和试块，得到汽车轮胎模具和随炉试棒、试块。其中，打印工艺参数具体包括：成型功率为500W，扫描速度为2000mm/s，层厚为20μm。
步骤二：在980℃的温度条件下，对汽车轮胎模具和随炉试棒、试块进行保温处理，保温时间为30min，然后，空冷至室温。
步骤三：在620℃的温度条件下，对汽车轮胎模具进行保温处理，保温时间为1h，空冷至室温，得到汽车轮胎模具。
将本实施例中的方法重复做两组实验后，得到的汽车轮胎模具的性能见表1。
表1实施例1汽车轮胎模具性能表
抗拉强度 屈服强度 延伸率 硬度
第一组 856MPa 540MPa 32％ 22HRC
第二组 840MPa 535MPa 31％ 23HRC
实施例2
本实施例选取的3D打印不锈钢材料的成分包括：6.5份的镍元素、16.5份的铬元素、2份的铜元素、0.3份的铌元素、0.8份的锰元素、0.8份的硅元素、0.2份的钼元素、0.04份的碳元素，其余为铁元素。选取的雾化气体为氮气。
本实施例提供的3D打印不锈钢材料的制备方法包括：
步骤一：提供符合上述成分配比要求的混合材料为原材料。
步骤二：使用熔炼炉对该原材料进行熔炼，并过滤熔炼产生的杂质后，得到钢液。
步骤三：采用气雾化法对钢液进行雾化处理，得到3D打印不锈钢材料。其中，采用气雾化法对钢液进行雾化处理的参数包括：熔炼温度为1700℃，雾化气体为氮气，雾化压力为3MPa。
步骤四：对3D打印不锈钢材料按照15μm～53μm的粒径分布范围进行筛分处理和表面处理，制得粉末状的3D打印不锈钢材料。经过检验得知该3D打印不锈钢材料的球形度为0.88。
本实施例提供的汽车轮胎模具的制备方法包括：
步骤一：按照汽车轮胎模具模型数据和打印工艺参数，采用3D打印设备对上述3D打印不锈钢材料进行打印，并打印随炉试棒和试块，得到汽车轮胎模具和随炉试棒、试块。其中，打印工艺参数具体包括：成型功率为450W，扫描速度为900mm/s，层厚为80μm。
步骤二：在1050℃的温度条件下，对汽车轮胎模具和随炉试棒、试块进行保温处理，保温时间为30min，然后，空冷至室温。
步骤三：在620℃的温度条件下，对汽车轮胎模具进行保温处理，保温时间为2h，空冷至室温，得到汽车轮胎模具。
将本实施例中的方法重复做两组实验后，得到的汽车轮胎模具的性能见表2。
表2实施例2汽车轮胎模具性能表
抗拉强度 屈服强度 延伸率 硬度
第一组 895MPa 586MPa 24％ 26HRC
第二组 889MPa 579MPa 25％ 25HRC
实施例3
本实施例选取的3D打印不锈钢材料的成分包括：5.5份的镍元素、15.0份的铬元素、3.5份的铜元素、0.35份的铌元素、0.4份的锰元素、0.6份的硅元素、0.15份的钼元素、0.06份的碳元素，其余为铁元素。选取的雾化气体为氩气。
本实施例提供的3D打印不锈钢材料的制备方法包括：
步骤一：提供符合上述成分配比要求的混合材料为原材料。
步骤二：使用熔炼炉对该原材料进行熔炼，并过滤熔炼产生的杂质后，得到钢液。
步骤三：采用气雾化法对钢液进行雾化处理，得到3D打印不锈钢材料。其中，采用气雾化法对钢液进行雾化处理的参数包括：熔炼温度为1650℃，雾化气体为氩气，雾化压力为5MPa。
步骤四：对3D打印不锈钢材料按照15μm～53μm的粒径分布范围进行筛分处理和表面处理，制得粉末状的3D打印不锈钢材料。经过检验得知该3D打印不锈钢材料的球形度为0.87。
本实施例提供的汽车轮胎模具的制备方法包括：
步骤一：按照汽车轮胎模具模型数据和打印工艺参数，采用3D打印设备对上述3D打印不锈钢材料进行打印，并打印随炉试棒和试块，得到汽车轮胎模具和随炉试棒、试块。其中，打印工艺参数具体包括：成型功率为285W，扫描速度为950mm/s，层厚为40μm。
步骤二：在1000℃的温度条件下，对汽车轮胎模具和随炉试棒、试块进行保温处理，保温时间为40min，然后，空冷至室温。
步骤三：在580℃的温度条件下，对汽车轮胎模具进行保温处理，保温时间为5h，空冷至室温，得到汽车轮胎模具。
将本实施例中的方法重复做两组实验后，得到的汽车轮胎模具的性能见表3。
表3实施例3汽车轮胎模具性能表
抗拉强度 屈服强度 延伸率 硬度
第一组 1053MPa 895MPa 16％ 35HRC
第二组 1062MPa 902MPa 18％ 36HRC
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例中选用的不锈钢材料为17-4PH棒材H1150，得到的汽车轮胎模具记为对比例1模具，对比例1模具的具体性能见表4。
对比例2
与实施例2不同的是，本对比例中选用的不锈钢材料为17-4PH棒材H1150，得到的汽车轮胎模具记为对比例2模具，对比例2模具的具体性能见表4。
对比例3
与实施例3不同的是，本对比例中选用的不锈钢材料为17-PH棒材H1075，得到的汽车轮胎模具记为对比例3模具，对比例3模具的具体性能见表4。
表4对比例汽车轮胎模具性能表
抗拉强度 屈服强度 延伸率 硬度
对比例1模具 795MPa 502MPa 18％ 24HRC
对比例2模具 795MPa 502MPa 18％ 24HRC
对比例3模具 1000MPa 860MPa 13％ 32HRC
由表1～表4可知，使用本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料及制备方法制备得到的汽车轮胎模具的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度都优于对比例中的不锈钢材料制备的汽车轮胎模具。因此，使用本发明实施例提供的3D打印不锈钢材料及制备方法制备得到的汽车轮胎模具可以为汽车轮胎花纹变化和品种多样化提供支撑，可避免在汽车轮胎脱模过程拉伸断裂问题，增加汽车轮胎模具使用寿命，增加汽车轮胎的安全性能和驾驶的舒适度。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于汽车轮胎模具的3D打印不锈钢材料，其特征在于，所述3D打印不锈钢材料包括镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素；以百份质量份数计，所述镍元素的质量份数为5.5份～7份、所述铬元素的质量份数为15份～17.5份、所述铜元素的质量份数为2份～3.5份、所述铌元素的质量份数为0.1份～0.35份、所述锰元素的质量份数为0.4份～0.8份、所述硅元素的质量份数为0.4份～0.8份、所述钼元素的质量份数为0.15份～0.25份、所述碳元素的质量份数为0.04份～0.06份，其余为铁元素；
所述3D打印不锈钢材料的制备方法包括：
提供含有镍元素、铬元素、铜元素、铌元素、锰元素、硅元素、钼元素、碳元素和铁元素的混合材料作为原材料；
对原材料进行熔炼，得到钢液；
采用气雾化法对所述钢液进行雾化处理，处理参数包括：熔炼温度为1600℃～1700℃，雾化气体为氩气或氮气，雾化压力为3MPa～5MPa，得到3D打印不锈钢材料，所述3D打印不锈钢材料的粒径分布为15μm～53μm，其中，D10＝10μm～25μm，D50＝30μm～40μm，D90＜63μm；
对所述3D打印不锈钢材料进行筛分处理和表面处理，得到球形度＞0.85的3D打印不锈钢材料。
2.根据权利要求1所述用于汽车轮胎模具的3D打印不锈钢材料，其特征在于，以百份质量份数计，所述镍元素的质量份数为6.5份～7份、铬元素的质量份数为16.5份～17.5份、铜元素的质量份数为2份～3份、铌元素的质量份数为0.1份～0.2份、锰元素的质量份数为0.4份～0.8份、硅元素的质量份数为0.4份～0.8份、钼元素的质量份数为0.2份～0.25份、碳元素的质量份数为0.04份～0.05份，其余为铁元素。
3.根据权利要求1所述用于汽车轮胎模具的3D打印不锈钢材料，其特征在于，以百份质量份数计，所述镍元素的质量份数为6份～6.5份、铬元素的质量份数为15份～16.5份、铜元素的质量份数为2份～3份、铌元素的质量份数为0.15份～0.3份、锰元素的质量份数为0.5份～0.8份、硅元素的质量份数为0.5份～0.8份、钼元素的质量份数为0.15份～0.2份、碳元素的质量份数为0.05份～0.06份，其余为铁元素。
4.根据权利要求1所述用于汽车轮胎模具的3D打印不锈钢材料，其特征在于，以百份质量份数计，所述镍元素的质量份数为5.5份～6份、铬元素的质量份数为15份～16份、铜元素的质量份数为2.5份～3.5份、铌元素的质量份数为0.2份～0.35份、锰元素的质量份数为0.4份～0.8份、硅元素的质量份数为0.4份～0.8份、钼元素的质量份数为0.15份～0.25份、碳元素的质量份数为0.04份～0.05份，其余为铁元素。
5.根据权利要求1～4任一项所述用于汽车轮胎模具的3D打印不锈钢材料，其特征在于，所述3D打印不锈钢材料为粉末状的3D打印不锈钢材料。
6.一种汽车轮胎模具的制备方法，其特征在于，包括：按照预设打印参数，采用3D打印设备对权利要求1～5任一项所述用于汽车轮胎模具的3D打印不锈钢材料进行打印，得到汽车轮胎模具；对所述汽车轮胎模具进行热处理；其中，所述热处理包括：在第一温度条件下，对所述汽车轮胎模具进行保温处理后，空冷至室温；所述第一温度为980℃～1050℃，所述保温处理的时间为30min以上；在第二温度条件下，对所述汽车轮胎模具进行保温处理后，空冷至室温；所述第二温度为580℃～620℃，所述保温处理的时间为1h～5h；
所述预设打印参数包括汽车轮胎模具模型数据和打印工艺参数，所述打印工艺参数包括：成型功率为285W～500W，扫描速度为900mm/s～2000mm/s，层厚为20μm～80μm；和/或，所述汽车轮胎模具的抗拉强度为800MPa～1200MPa，所述汽车轮胎模具的屈服强度为500MPa～1050MPa，所述汽车轮胎模具的延伸率为10％～35％，所述汽车轮胎模具的洛氏硬度为20HRC～40HRC。
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JP7305394B2 (ja) * 2019-03-27 2023-07-10 日鉄ステンレス株式会社 金属３ｄプリンタによる溶着積層造形用の金属ワイヤ
CN110039039A (zh) * 2019-04-10 2019-07-23 丹阳宝盈新材料科技有限公司 一种3d打印用不锈钢粉末
CN110629131A (zh) * 2019-09-26 2019-12-31 上海镭镆科技有限公司 一种3d打印不锈钢材料及制备方法和应用
CN111304552A (zh) * 2020-03-27 2020-06-19 上海镭镆科技有限公司 一种3d打印高耐磨不锈钢材料、制备方法及其应用
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