一种高碳高铬工具钢D2粉末的制备方法与流程

本发明涉及3d打印，具体涉及一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法。

背景技术：

1、d2作为一种高碳高铬冷作模具钢，具备高硬度、高耐磨性、高的淬透性，可通过热处理来获得较高的硬度和压缩强度，同时还具备小的热处理变形，主要用于制造中高端、高精密、长寿命冷成形模具及热处理技术装备。与广泛应用的模具材料skd11相比，d2具有以下优势：1、高抗高温软化性能：在高速冲压产生高热时，skd11的硬度下降更快，冲头更容易被磨损；2、高耐磨性能：在高速冲压模具应用中，d2的耐磨性约是skd11的2倍；3、更均匀的淬透性能：d2的淬透性能高于skd11，其心部硬度和表面硬度更加均匀，更适用于热处理技术与装备。除此之外，d2钢还可以用于做刀具，由于其铬含量较多几乎与不锈钢一致，因此可有效增加刀片的防锈性能。

2、随着科技的迅速发展，企业对模具的要求也愈发严格，传统铸造难以满足制造时间短随型冷却的制造等要求，这时企业就把视角转向增材制造方面，目前增材制造从理论上突破对异形构件的制造，通过逐层叠加的原理，实现高效地、高精度地制备具有复杂形状的三维部件增材制造仍存在诸多问题，其中之一便是高性能粉末的制备，粉末的性能影响打印部件的性能，金属粉末在制备过程中，会出现多种形状，比如球形、近球形、多边形等，粉末的形状会影响粉末的流动性和松装密度，进而影响打印件的性能，一般来说，球形粉末流动性较好，可铺筑薄层进而改善零件尺寸精度及表面质量，同时零件还可得到高密度且组织均匀性好的材料，成为3d打印中优选的原材料形状种类，当粉体含氧量高时，金属粉体不但容易被氧化而生成氧化膜，而且还会引起球化现象而影响制品致密度和质量，因此迫切需要一种能够生产含氧量低，球形度高的粉末制备技术。

3、综上所述，研发一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，能够生产出高球形度、低含氧量、粒度分布均匀的球形d2粉末，仍是3d打印技术领域中急需解决的关键问题。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，包括以下步骤：

4、ⅰ、将d2棒料加工成电极棒；

5、ⅱ、将电极棒的一端通过工装与高速旋转装置相连接；

6、ⅲ、启动伺服电极，将电极棒的另一端伸入雾化室中，进行制备前的准备；

7、ⅳ、调整高速旋转装置的转速参数；

8、ⅴ、启动高速旋转装置，电极棒在高速旋转装置的作用下旋转，生成d2球形合金粉末；

9、ⅵ、在惰性气体的保护下，对制备的d2球形合金粉末进行筛分和真空包装。

10、本发明进一步设置为：在步骤ⅰ中，所述电极棒的参数为直径25～150mm，长度40～600mm，直线度偏差＜0.01mm/m，圆度偏差＜0.05mm，粗糙度＜1.6μm。

11、本发明进一步设置为：在步骤ⅰ中，所述d2棒料的化学成分为c：1.4-1.6、si：≤0.6、mn：≤0.6、s：≤0.03、p：≤0.03、cr：11.5-13、ni：≤0.25、cu：≤0.3、v：≤1.0、mo：≤0.7。

12、本发明进一步设置为：在步骤ⅲ中，所述启动伺服电极，将电极棒的另一端伸入雾化室中，进行制备前的准备，包括以下步骤：

13、a1、打开机械泵，对雾化室进行抽真空；

14、a2、当雾化室内真空度达到8.5x10-3pa时，打开分子泵，使得雾化室的真空度达到5.0x10-3pa；

15、a3、当雾化室内真空度达到5.0x10-3pa时，向雾化室内充入99.999％的惰性气体氩气，直至雾化室内气体压强为0.04～0.08mpa；

16、a4、设置所在雾化室等离子火炬加热功率。

17、本发明进一步设置为：在步骤a4中，所述等离子火炬加热功率与电极棒直径成正比，且等离子火炬加热功率为100～260kw。

18、本发明进一步设置为：在步骤ⅳ中，所述调整高速旋转装置的转速参数，包括以下步骤：

19、b1、根据prep法制粉机理，结合工艺参数对液滴尺寸进行分析，得到制备d2球形合金粉末平均粒径的理论公式为：

20、d＝q×107/(n×d1/2)；

21、其中d为d2球形合金粉末的粒度(单位为μm)，n为电极棒的转速(单位为rpm)，d为电极棒直径(单位为mm)，q为修正因子，其取值范围为1.401～2.101；

22、b2、高速旋转装置的转速根据上述公式进行调整；

23、b3、将高速旋转装置的启动阶段转速设定为0～25000rpm，粉末制备阶段的转速为25000～45000rpm。

24、本发明进一步设置为：在步骤ⅴ中，所述启动高速旋转装置，电极棒在高速旋转装置的作用下旋转，生成d2球形合金粉末，包括以下步骤：

25、c1、电极棒在高速旋转装置的作用下按照调整好的转速旋转；

26、c2、等离子火炬对正在高速旋转的电极棒的一端进行加热，在端面形成液膜；

27、c3、液膜在离心力的作用下被甩出，并在惰性气体的保护下受表面张力的作用生成d2球形合金粉末。

28、有益效果

29、采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

30、(1)本发明中，以d2合金棒料为原料，通过等离子旋转电极方法制备d2球形粉末，通过充入惰性气体氩气，对等离子火炬加热电极棒而产生的熔滴起到冷却的作用，保证了球形粉末的球形度，同时氩气保证了雾化制粉过程中d2球形粉末的纯度，降低了粉末氧含量。

31、(2)本发明中，该制备方法通过调整高速旋转装置的各项工艺参数，通过增大电极棒的转速以及提高等离子火炬加热功率的方式，保证制备出的d2球形合金粉末球形度高且表面洁净，球形率可达98％，表面干净且无粉末粘连现象，降低了粉末氧含量，改善了d2球形合金粉末的流动性、松装密度等粉末性能，能够生产出高球形度、低含氧量且粒度分布均匀的球形d2粉末。

技术特征：

1.一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，在步骤ⅰ中，所述电极棒的参数为直径25～150mm，长度40～600mm，直线度偏差＜0.01mm/m，圆度偏差＜0.05mm，粗糙度＜1.6μm。

3.根据权利要求1所述的一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，在步骤ⅰ中，所述d2棒料的化学成分为c：1.4-1.6、si：≤0.6、mn：≤0.6、s：≤0.03、p：≤0.03、cr：11.5-13、ni：≤0.25、cu：≤0.3、v：≤1.0、mo：≤0.7。

4.根据权利要求1所述的一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，在步骤ⅲ中，所述启动伺服电极，将电极棒的另一端伸入雾化室中，进行制备前的准备，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，在步骤a4中，所述等离子火炬加热功率与电极棒直径成正比，且等离子火炬加热功率为100～260kw。

6.根据权利要求5所述的一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，在步骤ⅳ中，所述调整高速旋转装置的转速参数，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种高碳高铬工具钢d2粉末的制备方法，其特征在于，在步骤ⅴ中，所述启动高速旋转装置，电极棒在高速旋转装置的作用下旋转，生成d2球形合金粉末，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种高碳高铬工具钢D2粉末的制备方法，包括以下步骤：Ⅰ、将D2棒料加工成电极棒；Ⅱ、将电极棒的一端通过工装与高速旋转装置相连接；Ⅲ、启动伺服电极，将电极棒的另一端伸入雾化室中，进行制备前的准备；Ⅳ、调整高速旋转装置的转速参数；Ⅴ、启动高速旋转装置，电极棒在高速旋转装置的作用下旋转，生成D2球形合金粉末。本发明中以D2合金棒料为原料，通过等离子旋转电极方法制备D2球形粉末，通过调整高速旋转装置的各项工艺参数，增大了粉末振实密度、松装密度等关键参数，提升了粉末流动性，并保证制备出的D2球形合金粉末球形度高且表面洁净，同时降低了粉末氧含量。

技术研发人员：付韶华
受保护的技术使用者：珠海市元杉新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30