近年來，增材制造（AM）在復(fù)雜形狀壓鑄模具中的應(yīng)用不斷推進(jìn)。通過AM制作的壓鑄模具，可有效縮短制造周期。此外，隨著近終形技術(shù)的發(fā)展，省略切削加工工序，不僅能縮短模具制作工期，而且在制造單個(gè)零件時(shí)還能降低電力消耗。因此，從實(shí)現(xiàn)碳中和這一角度來看，利用AM制作壓鑄模具應(yīng)用前景廣闊。

壓鑄模具一般使用代表性的熱作模具鋼SKD61。然而，在快速冷卻凝固的AM工藝中，由于成形時(shí)會(huì)發(fā)生淬火現(xiàn)象，SKD61淬火硬度過高，約為54HRC，冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易出現(xiàn)成形裂紋。因此，將AM應(yīng)用于壓鑄模具時(shí)，常使用超低碳鋼且成形后硬度較低、不易產(chǎn)生成形裂紋的馬氏體時(shí)效鋼。與SKD61鋼相比，馬氏體時(shí)效鋼含有較多的Ni和Co等固溶元素，因此，影響模具冷卻能力的熱導(dǎo)率較低。由此可見，熱導(dǎo)率和成形性之間存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。

為了突破這種制約關(guān)系，山陽特鋼開發(fā)了比SKD61具有更高熱導(dǎo)率和優(yōu)異成形性的熱作模具鋼（S-MEC^?40D、S-MEC^?34D），以及比通用馬氏體時(shí)效鋼熱導(dǎo)率更高的馬氏體時(shí)效鋼（S-MEC^?24M）。S-MEC^?作為一種為AM壓鑄模具開發(fā)的鋼種，兼顧了優(yōu)秀的熱傳導(dǎo)性和成形性。

AM過程中，由于激光照射的每個(gè)微小區(qū)域都會(huì)反復(fù)進(jìn)行局部熔化和快速冷卻凝固，可以省略諸如淬火和固溶處理等傳統(tǒng)上必要的熱處理工序。與熔煉鋼材相比，能夠減少提高淬透性的元素，并且也無需考慮在固溶處理時(shí)避免脆性相的問題。基于上述設(shè)想，從適配AM工藝的合金元素最佳含量這一角度出發(fā)，進(jìn)行了成分調(diào)整。

2.1 壓鑄模具用金屬AM熱作模具鋼“S-MEC^?40D、S-MEC^?34D”

S-MEC?40D和S-MEC?34D以SKD61為基礎(chǔ)，針對(duì)AM工藝對(duì)合金元素進(jìn)行了優(yōu)化。試驗(yàn)所使用的AM合金粉末通過氣體霧化法制備，經(jīng)篩分分級(jí)后，選取粒徑為10-53μm的粉末。利用這些粉末，通過金屬增材制造設(shè)備（EOS M290）制作了各類試樣。另外，在評(píng)估熱導(dǎo)率和抗軟化性能時(shí)，進(jìn)行了兩次回火處理，條件為600℃、1h，隨后空冷。

2.2 壓鑄模具用金屬AM無鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼“S-MEC^?24M”

通用馬氏體時(shí)效鋼（相當(dāng)于18NiGradeC）含有約9%的Co，而Co屬于特定化學(xué)物質(zhì)。將其作為粉末處理時(shí)，需要在室內(nèi)作業(yè)場(chǎng)所采取擴(kuò)散抑制措施，如安裝局部排氣裝置等。因此，通過對(duì)無鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼進(jìn)行成分優(yōu)化，開發(fā)出一種具有優(yōu)異成型性和高導(dǎo)熱率的材料。粉末通過氣體霧化法制備，經(jīng)分級(jí)得到粒度在10-53μm的粉末后，使用金屬增材制造設(shè)備（EOS M280）制作各種材料特性試樣。隨即使用經(jīng)過時(shí)效熱處理的試樣，對(duì)熱導(dǎo)率、硬度、夏比沖擊值進(jìn)行評(píng)估。另外，為研究時(shí)效硬度的溫度依賴性，測(cè)量了成型后以及在480-630℃時(shí)效狀態(tài)下的硬度。

相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，S-MEC^?40D和S-MEC^?34D具有高熱導(dǎo)率和出色的成型性。其機(jī)械性能與SKD61相當(dāng)甚至更優(yōu),適用于壓鑄模具的增材制造用熱作模具鋼。此外，S-MEC^?24M在保持與傳統(tǒng)馬氏體時(shí)效鋼同等機(jī)械性能的同時(shí)，彌補(bǔ)了馬氏體時(shí)效鋼熱導(dǎo)率的不足。這幾種粉末在汽車制造商、模具制造商以及各服務(wù)機(jī)構(gòu)的評(píng)估進(jìn)展順利，部分用戶已決定正式將其應(yīng)用于量產(chǎn)。