【技术前沿】3D打印用无Co马氏体时效钢粉末特性及应用

1 山阳特钢马氏体时效钢粉末的特点

1.1 粉末特性

激光型3D打印装置一般使用粒度为-63/+10μm的金属粉末。山阳特钢生产的三种马氏体时效钢粉末具有同样的外观、粒度分布和流动性。表2是Ver-1粉末的粒度分布和流动性。

1.2 粉末成型体的组织观察

用3D打印机（EOSINT M280），按EOS推荐条件MS1对无Co马氏体时效钢Ver-1粉末、Ver-2粉末、QM300粉末进行成型，然后对成型体进行马氏体时效钢的标准热处理（固溶处理：800℃×1h、空冷；时效处理：480℃×3h、空冷。以下简略表示为“标准热处理”）。各种粉末成型体都是断面空洞少、密度高、无裂纹的完好成型体。并且，各成型体的组织都是马氏体。

1.3 成型体硬度

各种粉末成型体标准热处理前（AS）和标准热处理后（HT）的硬度如图1所示。各种粉末成型体的标准热处理前状态硬度都是35HRC左右，并且，标准热处理后状态的硬度都升高到50HRC左右。其中Ver-1粉末成型体标准热处理后状态的硬度达到55HRC，等于或高于QM300粉末成型体标准热处理后状态的硬度。

无Co马氏体时效钢，不添加Co，减少了Ni3Mo的析出量，但替代强化相（Ni3Ti、Ni3Al）增多，所以与QM300具有同等的硬度。

1.4 成型体的常温力学性能

图2-图6是标准热处理后的各种粉末成型体的抗拉强度、0.2%屈服强度和夏比冲击值。拉伸试样是JIS Z 2241 14A号试样，试样的拉伸方向平行于成型方向。夏比冲击试样是JIS Z 2242 V形缺口试样，试样的断裂方向垂直于成型方向。

标准热处理后的Ver-1粉末成型体的抗拉强度高于QM300成型体。标准热处理后的Ver-2粉末成型体的韧性（夏比冲击值）高于QM300成型体。

1.5 成型体的高温力学性能

图5、图6是标准热处理后的各种粉末成型体的649℃抗拉强度、0.2%屈服强度。拉伸试样是JIS G 0567 A.5号试样，试样的拉伸方向平行于成型方向。

无Co的Ver-1粉末成型体的高温强度高于含Co的QM300成型体。因此，Ver-1粉末成型体可在高温下使用，例如可防止温间成形模具发生残余应变。

2 无Co马氏体时效钢的应用领域

山阳特钢开发的无Co马氏体时效钢Ver-1粉末成型体和Ver-2粉末成型体的性能等于或优于含Co的QM300粉末成型体。因此，可用于难以使用QM300粉末成型体的环境，例如未采取防止Co对健康产生影响的措施的环境。可以期待，无Co马氏体时效钢Ver-1粉末成型体和Ver-2粉末成型体将在模具等领域得到广泛应用。