JP2016160454A - Laser sinter laminate method, heat treatment method, metal powder and molded article - Google Patents

Laser sinter laminate method, heat treatment method, metal powder and molded article Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser sinter laminate method using a novel kind of steel, a heat treatment method, a metal powder and a molded article.SOLUTION: A laser sinter laminate method repeats a step (S100) for arranging a high silicon stainless steel made silicolloy A2 powder (metal powder) consisting of, by wt.%, C:less than 0.10, Si:2.0 to 9.0, Mn:0.05 to 6.0, Cu:0.5 to 4.0, Ni:1.0 to 24.0, Cr:6.0 to 28.0, Mo:0.2 to 4.0, Nb:0.03 to 2.0 and the balance Fe with inevitable impurities with layering and a step (S110) for radiating a laser selectively to layered silicolloy A2 powder and melting and sintering the silicolloy A2 powder alternatively (S120).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、金属粉末をレーザーで焼結しながら積層し、所望の立体形状を造形するレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品に関する。   The present invention relates to a laser sintering laminating method, a heat treatment method, a metal powder, and a shaped article, in which a metal powder is laminated while being sintered with a laser to form a desired three-dimensional shape.

金属粉末積層造形法は型を必要としない立体成形法であり、三次元CADデータを利用して迅速に試作品を製造するというRapid Prototyping(RP)の一種として注目を集めてきた。近年では、造形機の技術進歩に伴い、製品の精度向上、製作スピードの向上や、材種の増加などの要因が加わり、本加工法は試作に限らず最終製品を直接製造できる技術として、Additive Manufacturing(AM)法と呼ばれるようになっている。その用途は、従来からの金型・機械部品以外に、人工関節・人工歯冠のようなオーダーメイド医療部品にも拡大しつつある。   The metal powder additive manufacturing method is a three-dimensional forming method that does not require a mold, and has attracted attention as a type of rapid prototyping (RP) that uses three-dimensional CAD data to quickly produce prototypes. In recent years, along with technological advances in modeling machines, factors such as improved product accuracy, increased production speed, and increased grades have been added, and this processing method is not limited to prototyping. It has come to be called Manufacturing (AM) method. Its application is expanding to custom-made medical parts such as artificial joints and artificial crowns in addition to conventional molds and mechanical parts.

金属粉末積層造形法は必要な部分に材料を付着させる付加加工であるため、製品形状に応じた任意の冷却流路を金型内部に配置した射出成形金型や複雑形状を有するジェットエンジンの燃料噴射ノズルのような航空宇宙部品など、従来の加工法（鍛造・鋳造・切削等）では製造できなかった形状を製作することができる。   Since the metal powder additive manufacturing method is an additional process that attaches material to the necessary parts, an injection mold with an arbitrary cooling channel according to the product shape arranged inside the mold or a fuel for a jet engine having a complicated shape Shapes that could not be manufactured by conventional processing methods (forging, casting, cutting, etc.) such as aerospace parts such as injection nozzles can be manufactured.

例えば、特許文献１は、被加工物の三次元データから複数のスライスデータを作成し、複数のスライスデータに基いてレーザービームを銅・ニッケル合金粉末上に照射することで一層ずつ焼結させながら積層する、金属粉末型積層造形を開示している。   For example, Patent Document 1 creates a plurality of slice data from three-dimensional data of a workpiece, and irradiates a laser beam onto a copper / nickel alloy powder based on the plurality of slice data while sintering one layer at a time. Disclosed is a metal powder mold additive manufacturing.

特開２００２−６６８４４号公報JP 2002-66844 A

しかしながら、装置メーカーの制約上、造形できる材種が少なく、利用用途が拡大しない要因の一つになっている。   However, due to the restrictions of the device manufacturer, there are few types of materials that can be modeled, and this is one of the factors that will not expand the usage.

そこで、本発明の目的は、新たな鋼種を用いたレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a laser sintering lamination method, a heat treatment method, a metal powder, and a shaped article using a new steel type.

本願発明の第１の観点によれば、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製の金属粉末を層状に設けるステップと、層状に設けられた前記金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させるステップと、を交互に繰り返す、レーザー焼結積層方法が提供される。
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルとする。
エネルギー密度Eを３１〜１２４[J/mm3]とする。
前記エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とする。
前記エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とする。
前記エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とする。
上記レーザー焼結積層方法によって造形された造形品に対し固溶化熱処理を実施するステップと、固溶化熱処理された前記造形品に対し時効硬化熱処理を実施するステップと、を含む、熱処理方法が提供される。
本願発明の第２の観点によれば、金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させて積層させるレーザー焼結積層方法で用いられる前記金属粉末であって、前記金属粉末は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製である、金属粉末が提供される。
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルである。
上記レーザー焼結積層方法によって造形された、造形品が提供される。
上記熱処理方法によって熱処理された、造形品が提供される。 According to the first aspect of the present invention, C: less than 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4. 0, Ni: 1.0 to 24.0, Cr: 6.0 to 28.0, Mo: 0.2 to 4.0, Nb: 0.03 to 2.0, the balance being Fe and inevitable impurities The step of providing the layered metal powder made of high silicon stainless steel and the step of melting and sintering the metal powder by selectively irradiating a laser to the layered metal powder are alternately performed. A repeated laser sintering lamination method is provided.
The metal powder has a particle size of 32 to 62 micrometers.
The energy density E is 31 to 124 [J / mm3].
The energy density E is set to 36 to 124 [J / mm3].
The energy density E is 50 to 124 [J / mm3].
The energy density E is 50 to 118 [J / mm3].
There is provided a heat treatment method including a step of performing a solution heat treatment on a shaped article formed by the laser sintering lamination method and a step of performing an age hardening heat treatment on the shaped article that has been subjected to the solution heat treatment. The
According to a second aspect of the present invention, there is provided the metal powder used in a laser sintering lamination method in which the metal powder is melt-sintered and laminated by selectively irradiating the metal powder with a laser. The metal powder is, by weight, C: less than 0.10, Si: 2.0 to 9.0, Mn: 0.05 to 6.0, Cu: 0.5 to 4.0, Ni: 1 0.024.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03-2.0, the balance being Fe and inevitable impurities high silicon stainless steel A metal powder is provided that is manufactured.
The metal powder has a particle size of 32 to 62 micrometers.
A shaped article shaped by the laser sintering lamination method is provided.
A shaped article heat-treated by the heat treatment method is provided.

本発明によれば、新たな鋼種を用いたレーザー焼結積層方法、熱処理方法、金属粉末、及び、造形品を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a laser sintering lamination method, a heat treatment method, a metal powder, and a shaped article using a new steel type.

シリコロイA2粉末の写真である。It is a photograph of silicoloy A2 powder. 試料の写真である。It is a photograph of a sample. エネルギー密度Eと相対密度Dの関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between energy density E and relative density D. レーザー走査速度ｖと相対密度Dの関係を示すグラフである。3 is a graph showing a relationship between a laser scanning speed v and a relative density D. エネルギー密度Eと相対密度Dの関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between energy density E and relative density D. 走査ピッチｓと相対密度Dの関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between scanning pitch s and relative density D. 造形後の試料の縦断面の写真である。It is a photograph of the longitudinal section of the sample after modeling. 固溶化熱処理後の試料の縦断面の写真である。It is a photograph of the longitudinal section of the sample after solution heat treatment. 時効硬化熱処理後の試料の縦断面の写真である。It is a photograph of the longitudinal section of the sample after age hardening heat processing. 硬さ試験の試験結果を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the test result of a hardness test. 引張試験の試料のサイズ及び形状を示す図である。It is a figure which shows the size and shape of the sample of a tension test. 引張試験の試料の写真である。It is a photograph of the sample of a tensile test. 引張試験の試験結果を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the test result of a tension test. レーザー焼結積層方法のフロー及び熱処理方法のフローである。It is the flow of the laser sintering lamination method, and the flow of the heat treatment method.

１．鋼種について
本願出願人は、レーザー焼結積層方法に用いる金属粉末の鋼種として、高Si-極低Cを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼が採用可能であるかを精査し、本明細書においてその精査結果を報告する。以下、上記析出硬化型ステンレス鋼を「シリコロイ鋼」と称する。シリコロイ鋼の成分規格としては複数の規格があるが、本造形試験では、下記表１に示すシリコロイ鋼A2を選択した。また、シリコロイ鋼A2の粉末を単に「シリコロイA2粉末」と称する。下記表１では、シリコロイ鋼及びシリコロイ鋼A2の成分規格を一般的なSUS630の成分規格と比較対比させている。なお、シリコロイ鋼A2は、フェライト−オーステナイト−マルテンサイトの三相共存領域となる。 1. Regarding the Steel Type The applicant of the present application investigated whether or not precipitation hardening type stainless steel characterized by high Si-very low C can be adopted as the metal type of metal powder used in the laser sintering lamination method. Report the results of the scrutiny. Hereinafter, the precipitation hardening stainless steel is referred to as “silicoloy steel”. There are a plurality of standards for the composition of silicon alloy steel, but in this modeling test, silicon alloy steel A2 shown in Table 1 below was selected. Further, the powder of silicon alloy steel A2 is simply referred to as “silicoloy A2 powder”. In Table 1 below, the component specifications of silicon alloy steel and silicon alloy steel A2 are compared and compared with the component standards of general SUS630. The silicoloy steel A2 is a three-phase coexistence region of ferrite-austenite-martensite.

即ち、シリコロイ鋼は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼である。   That is, silicon alloy steel is C: less than 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: 1 by weight%. 0.024.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03-2.0, the balance being Fe and inevitable impurities high silicon stainless steel It is.

また、シリコロイ鋼A2は、重量％で、C：０．０２０未満、Si：３．０〜５．０、Mn：０．５〜１．５、Cu：０．８〜１．２、Ni：６．０〜７．０、Cr：１０．０〜１３．０、Mo：０．３〜１．０、Nb：０．３０〜１．００、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼である。   Further, the silicon alloy steel A2 is, by weight, C: less than 0.020, Si: 3.0 to 5.0, Mn: 0.5 to 1.5, Cu: 0.8 to 1.2, Ni: 6.0-7.0, Cr: 10.0-13.0, Mo: 0.3-1.0, Nb: 0.30-1.00, the balance being Fe and inevitable impurities high silicon stainless steel It is steel.

Ｃは鋼の強度を上げる元素であり、通常の高強度鋼では所定量のＣの含有を必須としている。しかし、多量のSiを含有するシリコロイ鋼において、強度はSiによってもたらされる特異な金属組織で確保されるので、Ｃの含有は必須ではない。むしろ、Ｃはシリコロイ鋼の靱性を低下させるとともに耐酸化性や耐食性にも悪影響を及ぼす元素である。従って、Ｃの含有量はできるだけ少ない方がよい。シリコロイ鋼では0.10％を許容上限値としているが、0.05％以下が望ましい。シリコロイ鋼A2では更に0.020％未満としている。   C is an element that increases the strength of the steel, and a normal high-strength steel requires the inclusion of a predetermined amount of C. However, in the silicon alloy steel containing a large amount of Si, the strength is ensured by a unique metal structure brought about by Si, so the inclusion of C is not essential. Rather, C is an element that reduces the toughness of silicon steel and adversely affects oxidation resistance and corrosion resistance. Therefore, the C content should be as low as possible. For silicon steel, 0.10% is the allowable upper limit, but 0.05% or less is desirable. In silicon alloy steel A2, it is further less than 0.020%.

Siは、強度を与える主要な元素であるだけでなく、耐熱性、耐酸化性、耐食性、高温軟化抵抗性を付与する。また、鋼の融点を下げ、流動性を増して鋳造性を改善する元素でもある。その含有量が2.0％未満の場合は、上記の特性の向上効果が十分でない。一方、Siは強力なフェライト形成元素であるから、その含有量が9.0％を超えると鋼の組織中のフェライト相が過多になるのを抑えるのに、Ni等の添加を増やす必要があって材料価格が高くなる。従って、シリコロイ鋼では2.0〜9.0％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、3.0〜5.0％としている。   Si is not only a main element giving strength, but also imparts heat resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, and high temperature softening resistance. It is also an element that lowers the melting point of steel and increases fluidity to improve castability. When the content is less than 2.0%, the effect of improving the above characteristics is not sufficient. On the other hand, since Si is a strong ferrite forming element, if its content exceeds 9.0%, it is necessary to increase the addition of Ni etc. in order to prevent the ferrite phase in the steel structure from becoming excessive. Price increases. Accordingly, the allowable value is 2.0 to 9.0% for silicon steel. In silicon alloy steel A2, it is further set to 3.0 to 5.0%.

Mnは、鋼の脱酸剤として働き、またオーステナイト生成元素でもある。シリコロイ鋼では、機械的性質に大きく影響するものではないが、金属組織の緻密化と安定化に役立つので、0.05％以上の含有が必要である。しかし、6.0％を超えると耐食性が劣化する。従って、シリコロイ鋼では0.05〜6.0％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、０．５〜1.5％としている。   Mn acts as a deoxidizer for steel and is also an austenite-forming element. Silicoloy steel does not greatly affect the mechanical properties, but it helps to densify and stabilize the metal structure, so it must contain 0.05% or more. However, if it exceeds 6.0%, the corrosion resistance deteriorates. Therefore, the allowable value is 0.05 to 6.0% for silicon steel. In silicon alloy steel A2, it is further 0.5 to 1.5%.

Cuは、必要に応じて添加する成分である。Cuは、耐食性(特に耐酸性)の改善とともに析出硬化に寄与する元素である。また、オーステナイト形成元素として金属組織のバランスの調整に役立つ。これらの作用を期待する場合は、0.5％以上含有させるのがよい。しかし、4.0％を超えるCuは、鋼の熱間加工性を損なうので、添加する場合でも含有量の上限は4.0％とする。従って、シリコロイ鋼では０．５〜４．０％を許容値としている。望ましいのは2.0％以下である。シリコロイ鋼A2では、更に、０．８〜１．２％としている。   Cu is a component added as necessary. Cu is an element that contributes to precipitation hardening as well as improving corrosion resistance (particularly acid resistance). Moreover, it is useful for adjusting the balance of the metal structure as an austenite forming element. When these effects are expected, the content should be 0.5% or more. However, Cu exceeding 4.0% impairs the hot workability of steel, so even if it is added, the upper limit of the content is 4.0%. Therefore, the allowable value is 0.5 to 4.0% for silicon steel. Desirable is 2.0% or less. In silicon alloy steel A2, it is further 0.8 to 1.2%.

Niは、鋼に耐食性(特に耐酸性)、耐酸化性および耐熱性を付与するとともに、次に述べるCrとのバランスで、鋼の金属組織を実質的に二相に保つのに必須な元素である。これらの作用効果を得るには１．０％以上が必要である。しかし、２４．０％を超えると、オーステナイト相が増加しすぎて二相ステンレス鋼の特徴が失われるのみならず、鋼の経済性も失われてしまう。従って、シリコロイ鋼では、１．０〜２４．０％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、６．０〜７．０％としている。   Ni is an element essential for imparting corrosion resistance (particularly acid resistance), oxidation resistance and heat resistance to steel, and maintaining the metal structure of the steel in a substantially two-phase structure in balance with Cr described below. is there. In order to obtain these effects, 1.0% or more is necessary. However, if it exceeds 24.0%, the austenite phase increases too much and not only the characteristics of the duplex stainless steel are lost, but also the economics of the steel is lost. Therefore, in the silicon alloy steel, the allowable value is 1.0 to 24.0%. In silicon alloy steel A2, it is further set to 6.0 to 7.0%.

Crは、ステンレス鋼の基本的な特性、即ち、耐食性(特に耐酸性)、耐熱性、耐酸化性を確保するための成分である。６．０％未満ではこれらの性質が不十分である。他方、Crが２８．０％を超えると、鋼を実質的に二相に保つために必要なNiの量が増えて経済性が損なわれる。従って、シリコロイ鋼では、６．０〜２８．０％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、１０．０〜１３．０としている。   Cr is a component for ensuring basic characteristics of stainless steel, that is, corrosion resistance (particularly acid resistance), heat resistance, and oxidation resistance. If it is less than 6.0%, these properties are insufficient. On the other hand, if Cr exceeds 28.0%, the amount of Ni necessary to keep the steel substantially in a two-phase state increases and the economic efficiency is impaired. Therefore, in the case of silicon alloy steel, the allowable value is 6.0 to 28.0%. In silicon alloy steel A2, it is further set to 10.0-13.0.

Moは、鋼の耐食性 (耐酸性) とともに高温強度を高めて抗クリープ性を改善し、また靱性と耐摩耗性の向上にも寄与する。0.2 ％未満ではこれらの効果が不十分である。Moは、フェライト生成元素であるから、その含有量が多くなれば、オーステナイト形成元素（Ni、Cu、Mn）の添加量を増やさなければならない。また、Moは高価な元素でもある。これらのことを総合的に考慮して、シリコロイ鋼は、0.2〜4.0 ％を許容値としている。シリコロイ鋼A2では、更に、０．３〜１．０％としている。   Mo improves corrosion resistance (acid resistance) as well as high temperature strength to improve creep resistance, and contributes to improved toughness and wear resistance. If it is less than 0.2%, these effects are insufficient. Since Mo is a ferrite-forming element, the amount of austenite-forming elements (Ni, Cu, Mn) must be increased as its content increases. Mo is also an expensive element. Considering these things comprehensively, the allowable value of silicon steel is 0.2 to 4.0%. In silicon alloy steel A2, it is 0.3 to 1.0%.

Nbは、シリコロイ鋼の靱性を損なわずに時効処理の際の硬化深度を大きくするのに有効な元素である。さらに、Nbは耐粒界腐食性、溶接性を改善し、かつ強度を向上させる。この効果は、Nbの含有量が0.03％以上で顕著になる。しかし、2.0％ を超えると鋼の熱間加工性を損ない、また、靱性の低下も招く。従って、シリコロイ鋼では、0.03〜2.0 ％を許容値としている。さらに望ましいのは、0.1 〜2.0 ％である。シリコロイ鋼A2では、更に、０．３０〜１．００％としている。   Nb is an element effective for increasing the hardening depth during the aging treatment without impairing the toughness of the silicon alloy steel. Furthermore, Nb improves intergranular corrosion resistance, weldability, and improves strength. This effect becomes significant when the Nb content is 0.03% or more. However, if it exceeds 2.0%, the hot workability of the steel is impaired, and the toughness is reduced. Therefore, in the case of silicon alloy steel, the allowable value is 0.03% to 2.0%. More desirable is 0.1 to 2.0%. In silicon alloy steel A2, it is 0.30 to 1.00%.

シリコロイ鋼A2を含むシリコロイ鋼は、上記の各成分の外、残部が鉄（Fe）と不可避の不純物からなる。なお、不純物のうちＰとＳは、それぞれ0.04％以下に抑えるのが望ましい。   The silicon steel including the silicon alloy A2 is composed of iron (Fe) and inevitable impurities in addition to the above components. Of impurities, P and S are preferably suppressed to 0.04% or less, respectively.

上記表１によれば、シリコロイ鋼A2は、SUS630と比較して、Si、Ni、Mo、Nbが多く、Cu、Crが少ない。   According to Table 1 above, silicon alloy steel A2 has more Si, Ni, Mo, Nb and less Cu, Cr than SUS630.

２．シリコロイA2粉末について
シリコロイA2粉末は、例えばガスアトマイズ法により製造することができる。ガスアトマイズ法とは、所望成分から成る合金を溶解後、タンディッシュの底部に設けたノズル穴からその溶湯を流して溶湯の細かい流れを作る。その溶湯の流れに対して例えばアルゴンガスなどの不活性ガスから成るジェット流体を吹き付けて、そのジェット流体のエネルギーによって、流下してくる溶湯流を順次粉化させ、生成された液滴を落下させながら擬固させて合金粉末とする方法である。図１には、ガスアトマイズ法によって製造したシリコロイA2粉末の写真を示す。本造形試験では、シリコロイA2粉末を分級することで、シリコロイA2粉末の粒径を３２〜６２マイクロメートル（ふるい分け法）に揃えている。 2. About Silicoloy A2 Powder Silicoloy A2 powder can be produced, for example, by a gas atomization method. In the gas atomization method, after melting an alloy composed of a desired component, the molten metal is flowed from a nozzle hole provided at the bottom of the tundish to create a fine flow of the molten metal. A jet fluid made of an inert gas such as argon gas is blown against the molten metal flow, and the flowing molten metal flow is pulverized sequentially by the energy of the jet fluid, and the generated droplets are dropped. However, it is a method of making the alloy powder pseudo solidified. FIG. 1 shows a photograph of silicoloy A2 powder produced by the gas atomization method. In this modeling test, the particle size of the silicoloy A2 powder is adjusted to 32 to 62 micrometers (sieving method) by classifying the silicoloy A2 powder.

３．レーザー焼結積層装置について
本造形試験で使用したレーザー焼結積層装置は、EOS社製のEOSINT-M280である。本レーザー焼結積層装置の仕様は下記表２の通りである。 3. About Laser Sintering Laminating Apparatus The laser sintering laminating apparatus used in this modeling test is EOSINT-M280 manufactured by EOS. The specifications of this laser sintering lamination apparatus are as shown in Table 2 below.

ここで、レーザー焼結のエネルギー密度Eを下記（１）式で定義する。   Here, the energy density E of laser sintering is defined by the following equation (1).

４．造形試験
本造形試験では、レーザー焼結積層方法に用いる金属粉末の鋼種としてシリコロイ鋼A2が採用可能であるかを判断すべく、以下の５種類の試験を行った。
（１）エネルギー密度試験
エネルギー密度Eを振ったときの試料の相対密度の変化を調査した。具体的には、先ず、レーザー走査速度ｖを振ることでエネルギー密度Eを増減させ、次に、走査ピッチｓを振ることでエネルギー密度Eを増減させた。
（２）組織観察試験
固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の試料の縦断面を組織観察した。
（３）硬さ試験
固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の試料の硬さを調査した。
（４）引張試験
固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の試料の最大引張強さを調査した。 4). Modeling test In this modeling test, the following five types of tests were performed in order to determine whether or not the silicon steel A2 can be adopted as the steel type of the metal powder used in the laser sintering lamination method.
(1) Energy density test Changes in the relative density of the sample when the energy density E was shaken were investigated. Specifically, first, the energy density E was increased or decreased by changing the laser scanning speed v, and then the energy density E was increased or decreased by changing the scanning pitch s.
(2) Microstructure observation test Microstructures of the longitudinal cross section of the sample before and after solution heat treatment and age hardening heat treatment were observed.
(3) Hardness test The hardness of the sample before and after solution heat treatment and age hardening heat treatment was investigated.
(4) Tensile test The maximum tensile strength of the sample before and after solution heat treatment and age hardening heat treatment was investigated.

なお、本造形試験で使用したシリコロイA2粉末の具体的な成分は、重量％で、C：０．０１５、Si：３．４５、Mn：０．９６、Cu：１．１２、Ni：６．７、Cr：１０．８、Mo：０．３９、残部がFe及び不可避の不純物であった。   In addition, the specific component of the silicoloy A2 powder used in this modeling test is C: 0.015, Si: 3.45, Mn: 0.96, Cu: 1.12, Ni: 6. 7, Cr: 10.8, Mo: 0.39, the balance being Fe and inevitable impurities.

４．１．エネルギー密度試験
先ず、相対密度Dの算出方法について説明する。即ち、試料の密度（アルキメデス法）は、下記式（２）により求められる。試料の気孔率P（ただし、気孔の密度は０とみなす。）は、下記式（３）により求められる。試料の相対密度Dは、下記式（４）により求められる。ただし、下記式（２）〜（４）において、Vは資料の全体体積であり、Vダッシュは気孔体積であり、ρは真密度（７．６１ｇ／ｃｍ３）であり、ρｔは試料の密度であり、ρｗは水の密度であり、Min-airは大気中での試料の重量であり、Min-waterは水中での試料の重量であり、Pは試料の気孔率であり、Dは試料の相対密度である。 4.1. Energy Density Test First, a method for calculating the relative density D will be described. That is, the density of the sample (Archimedes method) is obtained by the following formula (2). The porosity P of the sample (however, the density of the pores is regarded as 0) is obtained by the following formula (3). The relative density D of the sample is obtained by the following formula (4). However, in the following formulas (2) to (4), V is the total volume of the material, V dash is the pore volume, ρ is the true density (7.61 g / cm 3), and ρt is the density of the sample. Ρw is the density of water, Min-air is the weight of the sample in the atmosphere, Min-water is the weight of the sample in water, P is the porosity of the sample, D is the sample's porosity Relative density.

エネルギー密度試験では、図２に示すように、先ずベースプレートを形成し、このベースプレート上に直径が８ミリメートルで高さが１５ミリメートルの円柱状の試料を造形した。各試料は、何れも積層方向に直立している。そして、造形後に各試料をベースプレートから切り離した上で、各試料の相対密度を測定した。なお、切離しにより、各試料の高さは１２ミリメートルとなった。   In the energy density test, as shown in FIG. 2, a base plate was first formed, and a cylindrical sample having a diameter of 8 millimeters and a height of 15 millimeters was formed on the base plate. Each sample stands upright in the stacking direction. And after separating each sample from the base plate after modeling, the relative density of each sample was measured. In addition, the height of each sample became 12 millimeters by cutting.

下記表２には、レーザー走査速度ｖを振ったときの試験結果を示す。下記表２において、外観とあるのは、造形された試料の上端面の写真である。また、下記表２において造形中止とあるのは、試料が溶融状態となって円柱形状を維持できなくなったため、造形を中止したものである。なお、走査ピッチｓは０．１ｍｍとし、積層厚さｔは５０マイクロメートルとし、レーザー径は１００マイクロメートルとした。下記表２におけるエネルギー密度Eと相対密度Dとの関係を図３に示す。図３において、横軸がエネルギー密度Eであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを250[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、300[W]としたときの結果を白抜き丸で示し、350[W]としたときの結果を白抜き三角で示した。   Table 2 below shows the test results when the laser scanning speed v is varied. In Table 2 below, “appearance” is a photograph of the upper end surface of the modeled sample. In Table 2 below, “discontinuation of modeling” means that the modeling was stopped because the sample was in a molten state and could not maintain the cylindrical shape. The scanning pitch s was 0.1 mm, the lamination thickness t was 50 micrometers, and the laser diameter was 100 micrometers. The relationship between the energy density E and the relative density D in Table 2 below is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis is the energy density E, and the vertical axis is the relative density D. The result when the laser output P is 250 [W] is indicated by a white diamond, the result when 300 [W] is indicated by a white circle, and the result when 350 [W] is indicated by a white triangle It showed in.

上記表２及び図３によれば、(1)エネルギー密度Eを125[J/mm3]以上にすると試料を所望の形状で造形できないこと、(2)エネルギー密度Eを３１[J/mm3]としても問題なく試料を造形できたこと、(3)エネルギー密度Eと相対密度Dとの間には一定の関係があること、(4)エネルギー密度Eを３６[J/mm3]以上にすると相対密度Dが飽和し始めること、が判る。これらの知見から、エネルギー密度Eが３１〜１２４[J/mm3]の範囲内で、問題なく所望の形状の試料を造形できることが確認された。   According to Table 2 and Fig. 3 above, (1) If the energy density E is set to 125 [J / mm3] or more, the sample cannot be formed in a desired shape. (2) The energy density E is set to 31 [J / mm3]. (3) There is a certain relationship between energy density E and relative density D, and (4) relative density when energy density E is set to 36 [J / mm3] or higher. You can see that D begins to saturate. From these findings, it was confirmed that a sample having a desired shape can be formed without any problem within an energy density E of 31 to 124 [J / mm3].

また、エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とすることが好ましい。この範囲によれば、相対密度Dが９５[%]以上である高密度な試料を造形することができる。また、エネルギー密度Eは、３６〜１１８[J/mm3]とすることも考えられる。   The energy density E is preferably 36 to 124 [J / mm3]. According to this range, a high-density sample having a relative density D of 95 [%] or more can be formed. It is also conceivable that the energy density E is 36 to 118 [J / mm3].

また、エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とすることが更に好ましい。この範囲によれば、相対密度Dが略９８[%]以上である更に高密度な試料を造形することができる。また、エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とすることも考えられる。   The energy density E is more preferably 50 to 124 [J / mm3]. According to this range, a higher density sample having a relative density D of approximately 98% or more can be formed. It is also conceivable that the energy density E is 50 to 118 [J / mm3].

次に、上記表２におけるレーザー走査速度ｖと相対密度Dとの関係を図４に示す。図４において、横軸がレーザー走査速度ｖであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを250[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、300[W]としたときの結果を白抜き丸で示し、350[W]としたときの結果を白抜き三角で示した。   Next, the relationship between the laser scanning speed v and the relative density D in Table 2 is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis is the laser scanning speed v, and the vertical axis is the relative density D. The result when the laser output P is 250 [W] is indicated by a white diamond, the result when 300 [W] is indicated by a white circle, and the result when 350 [W] is indicated by a white triangle It showed in.

上記表２及び図３、図４によれば、最も高い相対密度Dが得られる条件としては、レーザー出力Pを３００又は３５０[W]とし、レーザー走査速度ｖを８００[mm/s]とすることが挙げられる。   According to Table 2 and FIGS. 3 and 4, the conditions for obtaining the highest relative density D are that the laser output P is 300 or 350 [W], and the laser scanning speed v is 800 [mm / s]. Can be mentioned.

下記表３には、走査ピッチｓを振ったときの試験結果を示す。下記表３において、外観とあるのは、造形された試料の上端面の写真である。また、下記表３において造形中止とあるのは、試料が溶融状態となって円柱形状を維持できなくなったため、造形を中止したものである。なお、レーザー走査速度ｖは800[mm/s]とし、積層厚さｔは５０マイクロメートルとし、レーザー径は１００マイクロメートルとした。下記表３におけるエネルギー密度Eと相対密度Dとの関係を図５に示す。図５において、横軸がエネルギー密度Eであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを300[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、350[W]としたときの結果を白抜き丸で示した。   Table 3 below shows the test results when the scanning pitch s is varied. In Table 3 below, the appearance is a photograph of the upper end surface of the modeled sample. In Table 3 below, “modeling stop” means that the modeling was stopped because the sample was in a molten state and could not maintain the cylindrical shape. The laser scanning speed v was 800 [mm / s], the stacking thickness t was 50 micrometers, and the laser diameter was 100 micrometers. FIG. 5 shows the relationship between the energy density E and the relative density D in Table 3 below. In FIG. 5, the horizontal axis is the energy density E, and the vertical axis is the relative density D. The results when the laser output P is 300 [W] are indicated by white diamonds, and the results when the laser output P is 350 [W] are indicated by white circles.

上記表３及び図５によれば、(1)エネルギー密度Eを125[J/mm3]以上にすると試料を所望の形状で造形できないこと、(2)エネルギー密度Eを４７[J/mm3]としても問題なく試料を造形できたこと、(3)エネルギー密度Eと相対密度Dとの間には一定の関係があること、が判る。これらの知見から、エネルギー密度Eが４７〜１２４[J/mm3]の範囲内で、問題なく所望の形状の試料を造形できることが確認された。なお、図５のグラフは、図３のグラフとほとんど似た結果となっている。   According to Table 3 and Fig. 5 above, (1) If the energy density E is set to 125 [J / mm3] or more, the sample cannot be formed in a desired shape. (2) The energy density E is set to 47 [J / mm3]. It can be seen that the sample could be shaped without any problems, and (3) there was a certain relationship between the energy density E and the relative density D. From these findings, it was confirmed that a sample having a desired shape can be formed without any problem within an energy density E of 47 to 124 [J / mm3]. Note that the graph of FIG. 5 is almost similar to the graph of FIG.

次に、上記表３における走査ピッチｓと相対密度Dとの関係を図６に示す。図６において、横軸が走査ピッチｓであり、縦軸が相対密度Dである。レーザー出力Pを300[W]としたときの結果を白抜き菱型で示し、350[W]としたときの結果を白抜き丸で示した。   Next, the relationship between the scanning pitch s and the relative density D in Table 3 is shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis is the scanning pitch s, and the vertical axis is the relative density D. The results when the laser output P is 300 [W] are indicated by white diamonds, and the results when the laser output P is 350 [W] are indicated by white circles.

上記表３及び図５、図６によれば、最も高い相対密度Dが得られる条件として、レーザー出力Pを３００[W]とし、走査ピッチｓを０．０８[mm]とすることが挙げられる。   According to Table 3 and FIGS. 5 and 6, the conditions for obtaining the highest relative density D include that the laser output P is 300 [W] and the scanning pitch s is 0.08 [mm]. .

また、上記表２及び表３、図３〜図６を総合的に勘案すると、相対密度Dには、エネルギー密度Eが最も支配的に関与していると言える。従って、所望の相対密度Dを得るには、特段、エネルギー密度Eを注意して管理することが肝要であると言及することができる。   Moreover, when considering Table 2 and Table 3 and FIGS. 3 to 6 comprehensively, it can be said that the energy density E is most dominantly related to the relative density D. Therefore, it can be said that in order to obtain the desired relative density D, it is particularly important to carefully manage the energy density E.

４．２．組織観察試験
本組織観察試験では、造形されたままの試料と、固溶化熱処理後の試料と、更に時効硬化熱処理後の試料に対して組織観察を行うことで、固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の組織の変化を調査した。組織観察試験の目的は、径方向及び高さ方向でのミクロ組織の差異の有無を確認すること、及び、フェライト・オーステナイト・マルテンサイトの三相共存であるかを確認することにある。試験条件は以下の通りである。 4.2. Microstructure observation test In this microstructural observation test, before and after solution heat treatment and age hardening heat treatment, the structure is observed on the as-molded sample, the sample after solution heat treatment, and the sample after age hardening heat treatment. The changes in the organization were investigated. The purpose of the structure observation test is to confirm whether there is a difference in microstructure between the radial direction and the height direction, and to confirm whether the three-phase coexistence of ferrite, austenite, and martensite. The test conditions are as follows.

試験対象：レーザー出力Pを300[W]とし、レーザー走査速度ｖを800[mm/s]とし、走査ピッチｓを0.08[mm]として、上記レーザー焼結積層装置で造形した試料を観察対象とした。試料のサイズ及び造形手順については、上記エネルギー密度試験と同一である。
試験方法：試料をファインカッターで切断して縦断面を得て、縦断面を樹脂で埋める。次に、カーボマックペーパー＃８０、＃２２０、＃６００、＃１２００、＃２０００で順次、縦断面を研磨した。次に、３マイクロメートル及び１マイクロメートルのダイヤモンドペーストで順次、縦断面を琢磨した。次に、試料をマーブル液に浸漬させて縦断面をエッチングした。そして、光学顕微鏡（倍率５０〜１００）を用いて縦断面を組織観察した。
固溶化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、１０５０℃で２０分維持し、その後水冷した。
時効硬化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、４８０℃で７時間維持し、その後空冷した。 Test target: The laser power P is set to 300 [W], the laser scanning speed v is set to 800 [mm / s], the scanning pitch s is set to 0.08 [mm], and the sample formed by the laser sintering laminating apparatus is set as the observation target. did. The sample size and modeling procedure are the same as in the energy density test.
Test method: A sample is cut with a fine cutter to obtain a longitudinal section, and the longitudinal section is filled with resin. Next, the longitudinal sections were polished sequentially with carbomac paper # 80, # 220, # 600, # 1200, and # 2000. Next, the longitudinal sections were polished sequentially with diamond pastes of 3 micrometers and 1 micrometer. Next, the longitudinal section was etched by immersing the sample in marble liquid. And the structure of the longitudinal section was observed using an optical microscope (magnification 50 to 100).
Solution heat treatment conditions: Heating was started when the sample was at room temperature, maintained at 1050 ° C. for 20 minutes, and then cooled with water.
Age-hardening heat treatment conditions: Heating was started from a state where the sample was at room temperature, maintained at 480 ° C for 7 hours, and then air-cooled.

図７には、固溶化熱処理も時効硬化熱処理もしていない造形されたままの試料の縦断面の写真を示す。図７によれば、縦断面全体に溶射に類似したミクロ組織（積層構造）が認められる。また、フェライト−オーステナイト−マルテンサイトの三相共存が確認された。また、内径側と外径側で、マルテンサイトの比率が若干異なっていることが判る。   FIG. 7 shows a photograph of a longitudinal section of an as-formed sample that has not been subjected to solution heat treatment or age hardening heat treatment. According to FIG. 7, a microstructure (laminated structure) similar to thermal spraying is observed over the entire longitudinal section. Moreover, the three-phase coexistence of ferrite-austenite-martensite was confirmed. It can also be seen that the martensite ratio is slightly different between the inner diameter side and the outer diameter side.

図８には、固溶化熱処理した試料の縦断面の写真を示す。図８によれば、縦断面全体が略すべてマルテンサイトとなり、残留オーステナイトも若干認められることが判る。積層構造は消失し、ほぼ均一な金属組織となっている。   FIG. 8 shows a photograph of a longitudinal section of a sample subjected to solution heat treatment. According to FIG. 8, it can be seen that the entire longitudinal section is substantially all martensite and some retained austenite is also observed. The laminated structure has disappeared, resulting in a substantially uniform metal structure.

図９には、固溶化熱処理後、更に時効硬化熱処理した試料の縦断面の写真を示す。図９によれば、残留オーステナイトは略消失していることが判る。   FIG. 9 shows a photograph of a longitudinal section of a sample subjected to further age hardening heat treatment after solution heat treatment. According to FIG. 9, it can be seen that the retained austenite has substantially disappeared.

４．３．硬さ試験
本硬さ試験では、造形されたままの試料と、固溶化熱処理後の試料と、更に時効硬化熱処理後の試料に対して硬さ試験を行うことで、固溶化熱処理及び時効硬化熱処理前後の硬さの変化を調査した。試験条件は以下の通りである。 4.3. Hardness test In the final hardness test, a solidity heat treatment and an age hardening heat treatment are performed by performing a hardness test on the as-molded sample, the sample after the solution heat treatment, and the sample after the age hardening heat treatment. Changes in hardness before and after were investigated. The test conditions are as follows.

試験対象：後述する引張試験の試験対象である試料のチャック部分の縦断面を試験対象とした。
試験条件：低荷重ビッカース硬さ試験を実施した。試験力は０．３ｋｇｆとし、負荷時間は４．０秒とし、保持時間は１５．０秒とし、除荷時間は４．０秒とし、接近速度は６０毎秒マイクロメートルとし、試験数は１つの試料に対し、８点又は１２点とした。 Test object: A longitudinal cross section of a chuck portion of a sample which is a test object of a tensile test described later was used as a test object.
Test conditions: A low load Vickers hardness test was performed. The test force is 0.3 kgf, the loading time is 4.0 seconds, the holding time is 15.0 seconds, the unloading time is 4.0 seconds, the approach speed is 60 micrometers per second, and the number of tests is one. 8 or 12 points were set for the sample.

図１０に、試験結果を示す。図１０において、「造形まま」とは、造形されたままの試料を意味する。「固溶化」とは、固溶化熱処理後の試料を意味する。「時効」とは、固溶化熱処理後であって時効硬化熱処理後の試料を意味する。縦軸は、ビッカース硬さHVである。図１０において、測定結果はひげで示し、その平均値を棒グラフで示している。また、参考までに、シリコロイ鋼A2の鋳造品のカタログ値を横帯で示した。「カタログ値（固溶化）」とは、シリコロイ鋼A2の鋳造品を固溶化熱処理したもののカタログ値である。「カタログ値（時効）」とは、シリコロイ鋼A2の鋳造品を固溶化熱処理及び時効硬化熱処理したもののカタログ値である。   FIG. 10 shows the test results. In FIG. 10, “as-made” means a sample as-made. “Solubility” means a sample after solution heat treatment. “Aging” means a sample after solution heat treatment and after age hardening heat treatment. The vertical axis represents the Vickers hardness HV. In FIG. 10, the measurement results are indicated by whiskers, and the average value is indicated by a bar graph. For reference, the catalog value of the cast product of silicon alloy steel A2 is indicated by a horizontal band. The “catalog value (solid solution)” is a catalog value obtained by solution heat treatment of a cast product of silicon alloy steel A2. “Catalog value (aging)” is a catalog value of a cast product of silicon alloy steel A2 that has been subjected to solution heat treatment and age hardening heat treatment.

図１０によれば、シリコロイA2粉末で造形した試料は、シリコロイ鋼A2の鋳造品と略同等のビッカース硬さを有していることが判る。なお、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼は、ビッカース硬さHV513とされている。従って、シリコロイA2粉末で造形し固溶化熱処理及び時効硬化熱処理した試料は、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼に匹敵するビッカース硬さを呈していると言及することができる。   According to FIG. 10, it can be seen that the sample formed with the silicon alloy A2 powder has a Vickers hardness substantially equal to that of the cast product of the silicon alloy A2. The maraging steel after the age hardening heat treatment has a Vickers hardness of HV513. Therefore, it can be said that the sample formed with the silicon alloy A2 powder and subjected to the solution heat treatment and the age hardening heat treatment exhibits Vickers hardness comparable to that of the maraging steel after the age hardening heat treatment.

４．４．引張試験
本引張試験では、造形されたままの試料と熱処理した試料に対して引張試験を行い、各試料の最大引張強さについて調査した。 4.4. Tensile Test In this tensile test, a tensile test was performed on the as-molded sample and the heat-treated sample, and the maximum tensile strength of each sample was investigated.

試験対象：レーザー出力Pを300[W]とし、レーザー走査速度ｖを800[mm/s]とし、走査ピッチｓを0.08[mm]として、上記レーザー焼結積層装置で造形した試料を試験対象とした。
試料本数：丸棒（縦、熱処理なし）を４本、丸棒（縦、熱処理あり）を４本、丸棒（横、熱処理なし）を４本、丸棒（横、熱処理あり）を４本、試験片形状（熱処理なし）を４本、試験片形状（熱処理あり）を４本、の合計２４本とした。なお、「熱処理あり」とは、固溶化熱処理後に加工し、加工後に時効硬化熱処理を施したことを意味する。「縦」とは、積層方向に沿って直立する姿勢で造形したものを意味する。「横」とは、積層方向に対して直交する姿勢で造形したものを意味する。
試料形状：図１１及び図１２に示す通りである。
固溶化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、１０５０℃で２０分維持し、その後水冷した。
時効硬化熱処理条件：試料が室温の状態から加熱を開始し、４８０℃で７時間維持し、その後空冷した。
試験機：INSTRON MODEL4206
引張速度：1mm/min
ひずみの検出：ひずみゲージを使用 Test target: A laser power P is set to 300 [W], a laser scanning speed v is set to 800 [mm / s], a scanning pitch s is set to 0.08 [mm], and a sample formed by the laser sintering laminating apparatus is set as a test target. did.
Number of samples: 4 round bars (vertical, no heat treatment), 4 round bars (vertical, with heat treatment), 4 round bars (horizontal, no heat treatment), 4 round bars (horizontal, with heat treatment) The test piece shape (without heat treatment) was 4, and the test piece shape (with heat treatment) was 4, for a total of 24 pieces. “With heat treatment” means processing after solution heat treatment and age-hardening heat treatment after processing. “Vertical” means a product that is shaped in an upright posture along the stacking direction. “Landscape” means a shape formed in a posture orthogonal to the stacking direction.
Sample shape: as shown in FIGS.
Solution heat treatment conditions: Heating was started when the sample was at room temperature, maintained at 1050 ° C. for 20 minutes, and then cooled with water.
Age-hardening heat treatment conditions: Heating was started from a state where the sample was at room temperature, maintained at 480 ° C. for 7 hours, and then air-cooled.
Testing machine: INSTRON MODEL4206
Tensile speed: 1mm / min
Strain detection: using strain gauge

図１３に試験結果を示す。図１３において、各棒グラフの左側の低い棒は熱処理なしのものであり右側の高い棒は熱処理ありのものである。「カタログ値（時効）」とは、シリコロイ鋼A2の鋳造品を固溶化熱処理及び時効硬化熱処理したもののカタログ値である。図１３によれば、各試料の積層方向に対する姿勢は最大引張強さにほとんど影響しないこと、熱処理後の試料は、シリコロイ鋼A2の鋳造品を熱処理したものと略同等の最大引張強さを呈していることが判る。なお、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼は、最大引張強さが１８９０MPaとされている。従って、シリコロイA2粉末で造形し熱処理した試料は、時効硬化熱処理後のマルエージング鋼に匹敵する最大引張強さを呈していると言及することができる。   FIG. 13 shows the test results. In FIG. 13, the lower bar on the left side of each bar graph is without heat treatment, and the higher bar on the right side is with heat treatment. “Catalog value (aging)” is a catalog value of a cast product of silicon alloy steel A2 that has been subjected to solution heat treatment and age hardening heat treatment. According to FIG. 13, the posture of each sample with respect to the stacking direction has little influence on the maximum tensile strength, and the sample after the heat treatment exhibits a maximum tensile strength substantially equivalent to that obtained by heat-treating a cast product of silicon alloy steel A2. You can see that The maraging steel after age hardening heat treatment has a maximum tensile strength of 1890 MPa. Therefore, it can be said that the sample formed and heat-treated with the silicon alloy A2 powder exhibits the maximum tensile strength comparable to the maraging steel after the age hardening heat treatment.

以上に掲載した各種の試験結果によれば、(1)レーザー焼結積層方法に用いる金属粉末として、シリコロイ鋼A2が採用可能であること、(2)シリコロイ鋼A2を用いてレーザー焼結積層した造形品は、シリコロイ鋼A2の鋳造品と略同等の機械的性能を呈すること、(3)シリコロイ鋼A2を用いてレーザー焼結積層した造形品は、市販のマルエージング鋼の代替品として全く遜色ないこと、が認められる。   According to the various test results listed above, (1) silicon metal A2 can be adopted as the metal powder used in the laser sintering lamination method, and (2) laser sintering lamination was performed using silicon alloy steel A2. The shaped product exhibits almost the same mechanical performance as the cast product of silicoloy steel A2, and (3) the shaped product obtained by laser sintering lamination using silicoloy steel A2 is completely inferior as a substitute for commercially available maraging steel. It is accepted that there is no.

最後に、図１４を参照して、シリコロイA2粉末を用いた造形方法を説明する。   Finally, with reference to FIG. 14, the modeling method using the silicon alloy A2 powder will be described.

先ず、造形品の３次元CADデータをスライスした２次元CADデータ（スライスデータ）を作成する（S90）。次に、レーザー焼結積層装置は、シリコロイA2粉末を層状に設ける（S100）。次に、レーザー焼結積層装置は、シリコロイ鋼A2に対してレーザーを選択的に照射して所定形状に溶融させて焼結させる（S110）。そして、レーザー焼結積層装置は、造形品が完成したか判定し（S120）、造形品が完成していないと判定した場合は（S120:NO）、処理をS100に戻す。造形品が完成したと判定した場合は（S120:YES）、レーザー焼結積層装置は、造形を終了する。次に、造形品を所定温度及び所定時間、固溶化熱処理する（S130）。次に、固溶化熱処理された造形品を所定温度及び所定時間、時効硬化熱処理する（S140）。これにより、熱処理されたマルエージング鋼に全く遜色のない造形品が完成する。   First, two-dimensional CAD data (slice data) is created by slicing the three-dimensional CAD data of the modeled product (S90). Next, the laser sintering laminating apparatus provides the silicon alloy A2 powder in layers (S100). Next, the laser sintering laminating apparatus selectively irradiates the silicon steel A2 with a laser to melt it into a predetermined shape and sinter (S110). Then, the laser sintering lamination apparatus determines whether or not the shaped product is completed (S120). If it is determined that the shaped product is not completed (S120: NO), the process returns to S100. When it is determined that the modeled product is completed (S120: YES), the laser sintering lamination apparatus ends the modeling. Next, the shaped product is subjected to solution heat treatment at a predetermined temperature and for a predetermined time (S130). Next, the solidified heat-treated shaped article is subjected to age hardening heat treatment at a predetermined temperature and for a predetermined time (S140). This completes a shaped product that is completely comparable to the heat-treated maraging steel.

上記実施形態は、以下の特長を有する。   The above embodiment has the following features.

レーザー焼結積層方法は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製のシリコロイA2粉末（金属粉末）を層状に設けるステップ（S100）と、層状に設けられたシリコロイA2粉末に対して選択的にレーザーを照射することでシリコロイA2粉末を溶融焼結させるステップ（S110)と、を交互に繰り返す（S120）。   Laser sintering lamination method is weight%, C: less than 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: High silicon stainless steel consisting of 1.0 to 24.0, Cr: 6.0 to 28.0, Mo: 0.2 to 4.0, Nb: 0.03 to 2.0, the balance being Fe and inevitable impurities A step of providing a silicon silicoloy A2 powder (metal powder) in layers (S100) and a step of selectively irradiating a laser to the layered silicoloy A2 powder to melt and sinter the silicon colloid A2 powder ( And S110) are repeated alternately (S120).

好ましくは、シリコロイA2粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルとする。   Preferably, the particle size of the silicoloy A2 powder is 32 to 62 micrometers.

上記のレーザー焼結積層方法では、エネルギー密度Eを３１〜１２４[J/mm3]とする。   In the laser sintering lamination method, the energy density E is set to 31 to 124 [J / mm3].

好ましくは、エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とする。   Preferably, the energy density E is set to 36 to 124 [J / mm3].

更に好ましくは、エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とする。   More preferably, the energy density E is 50 to 124 [J / mm3].

更に好ましくは、エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とする。   More preferably, the energy density E is 50 to 118 [J / mm3].

熱処理方法は、上記のレーザー焼結積層方法によって造形された造形品に対し固溶化熱処理を実施するステップ（S130）と、固溶化熱処理された造形品に対し時効硬化熱処理を実施するステップ（S140）と、を含む。   In the heat treatment method, a solution heat treatment is performed on the shaped article formed by the laser sintering lamination method (S130), and an age hardening heat treatment is performed on the solution heat treated shaped article (S140). And including.

また、金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで金属粉末を溶融焼結させて積層させるレーザー焼結積層方法で用いられる金属粉末であって、金属粉末は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製である。   Further, the metal powder is used in a laser sintering lamination method in which metal powder is melt-sintered and laminated by selectively irradiating the metal powder with a laser, and the metal powder is C: Less than 0.10, Si: 2.0 to 9.0, Mn: 0.05 to 6.0, Cu: 0.5 to 4.0, Ni: 1.0 to 24.0, Cr: 6.0 ˜28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03-2.0, the balance being made of high silicon stainless steel consisting of Fe and inevitable impurities.

金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルである。   The particle size of the metal powder is 32-62 micrometers.

上記のレーザー焼結積層方法によって造形された、造形品が提供される。   A shaped article shaped by the laser sintering lamination method is provided.

上記の熱処理方法によって熱処理された、造形品が提供される。   A shaped article heat-treated by the above heat treatment method is provided.

Claims (11)

重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製の金属粉末を層状に設けるステップと、
層状に設けられた前記金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させるステップと、
を交互に繰り返す、レーザー焼結積層方法。 By weight%, C: less than 0.10, Si: 2.0 to 9.0, Mn: 0.05 to 6.0, Cu: 0.5 to 4.0, Ni: 1.0 to 24.0 , Cr: 6.0 to 28.0, Mo: 0.2 to 4.0, Nb: 0.03 to 2.0, the balance being a layer of high silicon stainless steel metal powder consisting of Fe and inevitable impurities The steps provided in
Melting and sintering the metal powder by selectively irradiating a laser to the metal powder provided in a layer;
Laser sintering lamination method that repeats alternately. 請求項１に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルとする、
レーザー焼結積層方法。 The laser sintering lamination method according to claim 1,
The particle size of the metal powder is 32 to 62 micrometers.
Laser sintering lamination method. 請求項１又は２に記載のレーザー焼結積層方法であって、
下記式で求められるエネルギー密度Eを３１〜１２４[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。
ただし、Pは前記レーザーの出力、ｖは前記レーザーの走査速度、sは前記レーザーの走査ピッチ、ｔは前記金属粉末の一層分の積層厚みである。 The laser sintering lamination method according to claim 1 or 2,
The energy density E calculated by the following formula is 31 to 124 [J / mm3].
Laser sintering lamination method.
Here, P is the output of the laser, v is the scanning speed of the laser, s is the scanning pitch of the laser, and t is the thickness of one layer of the metal powder. 請求項３に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記エネルギー密度Eは、３６〜１２４[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。 The laser sintering lamination method according to claim 3, wherein
The energy density E is 36 to 124 [J / mm3].
Laser sintering lamination method. 請求項３に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記エネルギー密度Eは、５０〜１２４[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。 The laser sintering lamination method according to claim 3, wherein
The energy density E is 50 to 124 [J / mm3].
Laser sintering lamination method. 請求項３に記載のレーザー焼結積層方法であって、
前記エネルギー密度Eは、５０〜１１８[J/mm3]とする、
レーザー焼結積層方法。 The laser sintering lamination method according to claim 3, wherein
The energy density E is 50 to 118 [J / mm3].
Laser sintering lamination method. 請求項１〜６の何れかに記載のレーザー焼結積層方法によって造形された造形品に対し固溶化熱処理を実施するステップと、
固溶化熱処理された前記造形品に対し時効硬化熱処理を実施するステップと、
を含む、
熱処理方法。 Carrying out a solution heat treatment on a shaped article shaped by the laser sintering lamination method according to any one of claims 1 to 6, and
Performing age hardening heat treatment on the shaped product that has undergone solution heat treatment;
including,
Heat treatment method. 金属粉末に対して選択的にレーザーを照射することで前記金属粉末を溶融焼結させて積層させるレーザー焼結積層方法で用いられる前記金属粉末であって、
前記金属粉末は、重量％で、C：０．１０未満、Si：２．０〜９．０、Mn：０．０５〜６．０、Cu：０．５〜４．０、Ni：１．０〜２４．０、Cr：６．０〜２８．０、Mo：０．２〜４．０、Nb：０．０３〜２．０、残部がFe及び不可避の不純物から成る高珪素ステンレス鋼製である、
金属粉末。 The metal powder used in the laser sintering lamination method in which the metal powder is melt-sintered and laminated by selectively irradiating the metal powder with a laser,
The said metal powder is C: less than 0.10, Si: 2.0-9.0, Mn: 0.05-6.0, Cu: 0.5-4.0, Ni: 1. Made of high silicon stainless steel consisting of 0-24.0, Cr: 6.0-28.0, Mo: 0.2-4.0, Nb: 0.03-2.0, the balance being Fe and inevitable impurities Is,
Metal powder. 請求項８に記載の金属粉末であって、
前記金属粉末の粒径は、３２〜６２マイクロメートルである、
金属粉末。 The metal powder according to claim 8,
The metal powder has a particle size of 32 to 62 micrometers.
Metal powder. 請求項１〜６の何れかに記載のレーザー焼結積層方法によって造形された、造形品。 A shaped article shaped by the laser sintering lamination method according to claim 1. 請求項７に記載の熱処理方法によって熱処理された、造形品。 A shaped article heat treated by the heat treatment method according to claim 7.
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