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CN118007029A - 用于3d打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用 - Google Patents

用于3d打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用 Download PDF

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CN118007029A
CN118007029A CN202410419836.9A CN202410419836A CN118007029A CN 118007029 A CN118007029 A CN 118007029A CN 202410419836 A CN202410419836 A CN 202410419836A CN 118007029 A CN118007029 A CN 118007029A
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iron
molybdenum alloy
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die steel
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岑金良
赵虎
付旭
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GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Original Assignee
Midea Group Co Ltd
GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明涉及金属材料技术领域，提供一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用，该制备方法包括：以铁铜钼合金材料为原料进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；按重量百分含量计，所述铁铜钼合金材料包括：C 0.04%~0.2%，Mo 0.5%~3.5%，Cu 5%~40%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量；所述进行3D打印使所得铁铜钼合金模具钢的凝固组织为单一α‑Fe相，铜过饱和固溶在α‑Fe相中。本发明将合金和3D打印加工工艺结合，突破传统加工的技术难点，实现注塑模具及复杂随形水路的一体成型，采用注塑模具进行注塑生产，可大幅降低注塑冷却周期，提高生产效率，提升注塑产品的品质。

Description

用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，涉及一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用，尤其涉及一种适用于3D打印定制化随形水路设计的注塑模具的低成本高导热高硬度铁铜钼模具钢材料及其制备方法和应用。
背景技术
模具钢材料的导热性能、硬度、安全性和生产成本等对于模具钢在注塑模具领域的应用起到关键作用。随着增材制造的发展，为了制备形状结构复杂的随形冷却水道模具，模具钢材料的可3D打印性能愈发重要。
目前注塑模具常规领域依然使用成熟模具钢MS1(18Ni300)或不锈钢CX，导热率都较低，一般不超过~20W/(m·K)。为了适应高导热要求，西班牙ROVALMA公司开发出了HTCS系列（碳含量0.31%），最高导热率能到62W/(m·K)。专利申请CN111961985A中也提供了一种低成本且高温下具有高热导率的模具钢及其制备方法，其合金成分按质量百分比(wt.%)构成为：C 0.28~0.34%，Cr 0.38~0.45%，Si 0.68~0.74%，Mn 0.40~0.48%，Mo 1.05~1.15%，V≤0.08%，余量为铁和不可避免的杂质，并结合淬火加回火工艺，使合金元素充分固溶，共同实现了一种能在高温下具有高热导率，拥有良好硬度和力学性能的模具钢。然而，因二者的合金成分中碳含量均较高，导致在进行3D打印时易出现裂纹等缺陷。
为了克服碳含量高带来的3D打印问题，CN114000063A中提出一种增材制造高导热模具钢材料，具体重量百分比为：C占比0.05%、Ni占比0.75%~3.4%、Al占比0%~0.8%、Cu占比1%~2%、Mn占比0.7%~1.5%、Si占比0.1%~0.4%、Mo占比0.45%~3%。但根据其记载，其导热率小于37W/(m·K)。
又如CN114250422A中提出一种韧性好热导率高的模具钢及其制备方法，其成分按重量百分比计包括：C 0.04~0.06%，Ni 0.7~0.8%，Cu 1.4~1.6%，Mn 0.65~0.75%，Si 0.35~0.45%，Mo 2.8~3.2%，W 1.8~2.2%，余量为Fe。然而该模具钢的导热率也小于等于37.5W/(m·K)，且硬度较低。
又如CN112301255A中提供一种模具用高导热高强Co-Fe-Ni合金及其增材制造方法，将Co基类中熵合金应用到模具中来，通过添加钯或/和钪、钇、钕等稀土元素，利用增材制造和后续热处理调控出不同的强韧性组合，在不大幅度增加成本并保持现有模具钢力学性能的前提下，提高了合金的导热性能与服役可靠性。但是钴基原材料成本较高，且Co成分有一定健康问题。
根据上述现有技术可以看出，目前，为了得到能在高温下具有高热导率，拥有良好硬度和力学性能的模具钢，主要的研究思路集中在合金成分的设计上，而且合金成分复杂，制造和工艺控制均存在较大难度，而在结合工艺进行优化时，也仅关注了淬火加回火等热处理工艺。当前模具钢设计和制造工艺的局限性，极大地限制了当注塑模具需要设计复杂的随形水路时注塑模具及相应注塑产品的发展，因此，亟待一种全新的思路，研究一种具有低成本高导热绿色环保且强度高于铍铜的替代性材料，该材料还能配合3D打印工艺实现注塑模具及复杂随形水路的一体成型。
发明内容
本发明提供一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用，用以解决上述现有材料存在的缺陷，首次通过以铁铜合金为基础，仅加入钼以及微量C构成最终合金成分，成分优化的铁铜钼合金材料兼具低成本、高导热系数、高硬度和良好的可3D打印性，并结合3D打印加工工艺，不仅突破传统加工的技术难点，且实现注塑模具及复杂随形水路的一体成型，采用此类定制化随形水路设计的注塑模具进行注塑生产，可大幅降低注塑冷却周期，提高生产效率，提升注塑产品的品质。
第一方面，本发明提供一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，包括：以铁铜钼合金材料为原料进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；按重量百分含量计，所述铁铜钼合金材料包括：C 0.04%~0.2%，Mo 0.5%~3.5%，Cu 5%~40%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量；所述进行3D打印使所得铁铜钼合金模具钢的凝固组织为单一α-Fe相，铜过饱和固溶在α-Fe相中。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，所述铁铜钼合金材料包括球形粉末结构；所述球形粉末结构的粒度为15~53μm。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，所述铁铜钼合金材料的制备包括：将合金成分熔炼后雾化制粉得到；所述熔炼参数包括：温度1800~1900℃，时间20~25min，电磁搅拌频率800~1200Hz；
所述雾化制粉包括采用真空熔炼和惰性气体雾化。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，所述进行3D打印包括：采用SLM工艺进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；所述SLM工艺的扫描速率800~1200mm/s，激光功率250~380W，扫描间距90~120μm，打印层厚30~60μm。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，所述进行3D打印后包括时效热处理工艺；所述时效热处理工艺的参数包括：温度为400~600℃。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，所述制备方法包括：
将合金成分熔炼后雾化制粉得到球形粉末结构的铁铜钼合金材料；
以所述铁铜钼合金材料为原料，采用SLM工艺进行3D打印，而后进行时效热处理工艺，得所述铁铜钼合金模具钢；
当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的重量百分含量为5~20%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为550~580℃；
或者，当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的含量大于20%且小于等于40%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为460~580℃。
第二方面，本发明还提供如上所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法制得的用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢，所述铁铜钼合金模具钢中包括Mo2C和/或Mo6C。
根据本发明提供的所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢，所述铁铜钼合金模具钢的导热率为74~80W/(m•K)，硬度为43~46HRC。
第三方面，本发明还提供一种3D打印定制化随形水路设计的注塑模具，包括如上所述制备方法制得的铁铜钼合金模具钢，或者如上所述铁铜钼合金模具钢。
本发明提供的一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用，首次通过以铁铜合金为基础，仅加入钼以及微量C构成最终合金成分，并结合3D打印加工工艺，不仅突破传统加工的技术难点，而且成分优化的合金材料兼具低成本、高导热系数、高硬度和良好的可3D打印性，从而实现低成本高导热高硬度铁铜钼模具钢材料在3D打印注塑模具的应用，特别是当注塑模具需要设计复杂的随形水路以满足冷却效果时，该材料结合3D打印工艺实现注塑模具及复杂随形水路的一体成型，采用此类定制化随形水路设计的注塑模具进行注塑生产，可大幅降低注塑冷却周期，提高生产效率，提升注塑产品的品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的Fe-Mo-C三元素含量的JmatPro软件仿真导热率趋势；
图2是本发明提供的实施例15所得增材制造零件经200目抛光后放大20倍视图；
图3是本发明提供的实施例15所得增材制造零件经200目抛光和腐蚀后放大20倍视图；
图4是本发明提供的制备例7中制得的球形合金粉末经过传统熔炼制造零件经200目抛光后放大20倍视图；
图5是本发明提供的实施例16所得增材制造零件（注塑模具镶件，喷砂处理后）。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
下面结合图1-图5描述本发明的用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢及其制备方法和应用。
具体而言，在本发明的实施例中提供一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，包括：包括：以铁铜钼合金材料为原料进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；按重量百分含量计，所述铁铜钼合金材料包括：C 0.04%~0.2%，Mo 0.5%~3.5%，Cu 5%~40%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量；所述进行3D打印使所得铁铜钼合金模具钢的凝固组织为单一α-Fe相，铜过饱和固溶在α-Fe相中。
铁铜合金导热率高、机械性能和耐磨性优良，但目前没有大面积应用领域推广。制约其应用的关键因素是传统的加工工艺极难控制Fe-Cu合金的凝固组织，铁铜合金属于亚稳难混溶合金，在铸造条件下易发生液-液分离现象，目前在传统加工工艺上，暂时没有低成本且高效的工艺。然而，本发明在实验中发现，3D打印工艺的快速熔化-快速冷却-快速凝固过程使得铁铜合金的高效加工成为可能。3D打印工艺加工的铁铜钼合金凝固组织为单一α-Fe相，快速熔化-快速冷却-快速凝固过程导致铜过饱和固溶在α-Fe中，是铁铜钼合金硬度得到提升的主要原因。所添加的Mo元素，使得合金组织晶粒细化，进一步提高强度，高温下保持良好的强度抗蠕变水平。
本发明中的Mo作为中强碳化物元素，配套加入一定比例区间的C，3D打印工艺和热处理过程中，Mo和C会形成稳定的碳化物Mo2C及其衍生物Mo6C等，进一步提升所得铁铜合金的硬度和合金的导热率。
在本发明的一些实施例中，所述铁铜钼合金材料包括球形粉末结构；所述球形粉末结构的粒度为15~53μm。在增材制造时，考虑到流动性和加工时组织结构的均匀性，所用原料以球形合金粉末为主。
在本发明的一些实施例中，所述铁铜钼合金材料的制备包括：将合金成分熔炼后雾化制粉得到；采用本领域常规工艺即可制备本发明所需的球形合金粉末。
优选地，所述熔炼包括采用真空感应炉且同步进行电磁搅拌；进一步优选地，所述熔炼参数包括：温度1800~1900℃，时间20~25min，电磁搅拌频率800~1200Hz；
优选地，所述雾化制粉包括采用真空熔炼和惰性气体雾化。其中，惰性气体雾化包括本领域常规的制粉方法。
在本发明的一些实施例中，所述进行3D打印包括：采用SLM工艺进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；所述SLM工艺的扫描速率800~1200mm/s，激光功率250~380W，扫描间距90~120μm，打印层厚30~60μm。
在本发明的一些实施例中，所述进行3D打印后包括时效热处理工艺；所述时效热处理工艺的参数包括：温度为400~600℃。
优选地，所述时效热处理工艺的参数包括：升温速率为10~20℃/min，温度为400~600℃，时间为2~4h，空冷；
进一步优选地，所述温度为400~560℃。
在本发明的一些实施例中，所述制备方法包括：
将合金成分熔炼后雾化制粉得到球形粉末结构的铁铜钼合金材料；
以所述铁铜钼合金材料为原料，采用SLM工艺进行3D打印，而后进行时效热处理工艺，得所述铁铜钼合金模具钢；
当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的重量百分含量为5~20%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为550~580℃；
或者，当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的含量大于20%且小于等于40%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为460~580℃。
在试验中，本发明采用JmatPro软件对Fe-Mo-C三元素的合金体系进行了导热率趋势仿真，如图1所示，图示举例了C含量为0.15wt%和0.20wt%情况下，Mo含量变化对导热率的影响趋势，从图1中可以看出，在C含量为0.15wt%和0.20wt%时，Mo含量增加，均出现了导热率先增加后降低的区间，这一定程度支持了Mo和C的摩尔比在本发明体系中存在最佳范围，经进一步试验发现，本发明控制Mo和C的最佳摩尔比区间为1.8~2.1:1，可有效强化硬度，并且提升基础合金的导热率。
本发明实施例还提供如上所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法制得的用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢。
在本发明的一些实施例中，所述铁铜钼合金模具钢中包括Mo2C和/或Mo6C。
在本发明的一些实施例中，所述铁铜钼合金模具钢的导热率大于等于74W/(m•K)，硬度大于等于43HRC。
本发明实施例还提供一种3D打印定制化随形水路设计的注塑模具，包括如上所述制备方法制得的铁铜钼合金模具钢，或者如上所述铁铜钼合金模具钢。
在本发明的实施例中还提供如上所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢，或者如上所述制备方法制得的铁铜钼合金模具钢，在3D打印定制化随形水路设计的注塑模具或者采用所述注塑模具进行注塑生产中的应用。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
制备例1 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
一种3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末的制备方法，其步骤如下：
（1）按重量百分含量计，将成分为：C 0.2%，Mo 3.0％，Cu 10%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量进行配料。
（2）将配好的合金成分采用真空感应炉进行熔炼，同步施加电磁搅拌；其中，熔炼参数包括：温度1800℃，时间25min，电磁搅拌频率1000Hz；
（3）将熔炼炉的合金通过真空熔炼和惰性气体雾化的方法进行雾化制粉，制得粒度范围为15~53μm的球形合金粉末。
制备例2 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
与制备例1的不同之处仅在于：步骤（1）的成分按重量百分含量计，为C 0.2%，Mo2.2％，Cu 10%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量。
实施例1~4 3D打印铁铜钼合金模具钢
一种3D打印铁铜钼合金模具钢的制备方法，其步骤如下：
（1）将制备例1制得的球形合金粉末采用激光增材制造SLM工艺进行3D打印，得到打印零件；其中，打印层厚50μm；激光功率325W，扫描间距0.1mm，扫描速度850mm/s。
（2）将打印零件进行时效热处理，得到组织均匀，性能优异的增材制造零件。其中，时效热处理工艺的参数包括：升温速率为20℃/min，温度为400~600℃（具体地，实施例1的温度为400℃，实施例2的温度为480℃，实施例3的温度为560℃，实施例4的温度为600℃），时间为2h，空冷。
实施例1~4所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
实施例5 3D打印铁铜钼合金模具钢
一种3D打印铁铜钼合金模具钢的制备方法，与实施例1不同之处仅在于：采用制备例2制得的球形合金粉末。所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
制备例3 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
一种3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末的制备方法，其步骤如下：
（1）按重量百分含量计，将成分为：C 0.1%，Mo 1.55％，Cu 30%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量进行配料。
（2）将配好的合金成分采用真空感应炉进行熔炼，同步施加电磁搅拌；其中，熔炼参数包括：温度1800℃，时间25min，电磁搅拌频率1000Hz；
（3）将熔炼炉的合金通过真空熔炼和惰性气体雾化的方法进行雾化制粉，制得粒度范围为15~53μm的球形合金粉末。
制备例4 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
与制备例3不同之处仅在于：步骤（1）的成分按重量百分含量计，为C 0.1%，Mo2.05％，Cu 30%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量。
实施例6~9 3D打印铁铜钼合金模具钢
一种3D打印铁铜钼合金模具钢的制备方法，其步骤如下：
（1）将制备例3中制得的球形合金粉末采用激光增材制造SLM工艺进行3D打印，得到打印零件；其中，打印层厚50μm；激光功率325W，扫描间距0.1mm，扫描速度850mm/s。
（2）将打印零件进行时效热处理，得到组织均匀，性能优异的增材制造零件。其中，时效热处理工艺的参数包括：升温速率为20℃/min，温度为400~600℃（具体地，实施例6的温度为400℃，实施例7的温度为480℃，实施例8的温度为560℃，实施例9的温度为600℃），时间为2h，空冷。
实施例6~9所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
实施例10 3D打印铁铜钼合金模具钢
3D打印铁铜钼合金模具钢与实施例6不同之处仅在于：采用制备例4制得的球形合金粉末。所得增材制造零件的硬度好导热率见表1。
制备例5 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
一种3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末的制备方法，其步骤如下：
（1）按重量百分含量计，将成分为：C 0.05%，Mo 0.8％，Cu 20%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量进行配料。
（2）将配好的合金成分采用真空感应炉进行熔炼，同步施加电磁搅拌；其中，熔炼参数包括：温度1800℃，时间25min，电磁搅拌频率1000Hz；
（3）将熔炼炉的合金通过真空熔炼和惰性气体雾化的方法进行雾化制粉，制得粒度范围为15~53μm的球形合金粉末。
制备例6 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
与制备例5不同之处仅在于：步骤（1）的成分按重量百分含量计，为C 0.05%，Mo1.0％，Cu 20%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量。
实施例11~13 3D打印铁铜钼合金模具钢
一种3D打印铁铜钼合金模具钢的制备方法，其步骤如下：
（1）将制备例5中制得的球形合金粉末采用激光增材制造SLM工艺进行3D打印，得到打印零件；其中，打印层厚50μm；激光功率325W，扫描间距0.1mm，扫描速度850mm/s。
（2）将打印零件进行时效热处理，得到组织均匀，性能优异的增材制造零件。其中，时效热处理工艺的参数包括：升温速率为20℃/min，温度为400~600℃（具体地，实施例11的温度为400℃，实施例12的温度为480℃，实施例13的温度为560℃），时间为2h，空冷。
实施例11~13所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
实施例14 3D打印铁铜钼合金模具钢
与实施例13不同之处仅在于：采用制备例6制得的球形合金粉末。所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
制备例7 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
一种3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末的制备方法，其步骤如下：
（1）按重量百分含量计，将成分为：C 0.05%；Mo 0.8％；Cu 40%；不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量进行配料。
（2）将配好的合金成分采用真空感应炉进行熔炼，同步施加电磁搅拌；其中，熔炼参数包括：温度1800℃，时间25min，电磁搅拌频率1000Hz；
（3）将熔炼炉的合金通过真空熔炼和惰性气体雾化的方法进行雾化制粉，制得粒度范围为15~53μm的球形合金粉末。
制备例8 3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末
3D打印高导热铁铜钼材料球形粉末与制备例7不同之处仅在于：步骤（1）的成分按重量百分含量计，为C 0.05%，Mo 1.2％，Cu 40%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量。
实施例15~17 3D打印铁铜钼合金模具钢
一种3D打印铁铜钼合金模具钢的制备方法，其步骤如下：
（1）将制备例7中制得的球形合金粉末采用激光增材制造SLM工艺进行3D打印，得到打印零件；其中，打印层厚50μm；激光功率325W，扫描间距0.1mm，扫描速度850mm/s。
（2）将打印零件进行时效热处理，得到组织均匀，性能优异的增材制造零件。其中，时效热处理工艺的参数包括：升温速率为20℃/min，温度为400~600℃（具体地，实施例15的温度为400℃，实施例16的温度为480℃，实施例17的温度为560℃），时间为2h，空冷。
实施例15~17所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
实施例15所得增材制造零件经200目抛光后放大20倍视图如图2所示，其200目抛光和腐蚀后放大20倍视图如图3所示。从图2和图3可以看出，增材制造打印后的零件经过快速熔化-快速冷却-快速凝固过程使得铜均匀的过饱和固溶在α-Fe中。图3是经过腐蚀去掉铁成分后的铜分布状态，可见铜均匀的分布在零件中，且几乎不存在肉眼可见的孔隙，零件具备高致密度，热量传递顺畅。而传统熔炼制得的零件，因为铁铜合金属于亚稳难混溶合金，易发生液-液分离现象，导致出现独立的铜集聚区和铁聚集区，零件内部存在较多肉眼可见的孔隙，零件致密度较差，热传递相对较差，且铜和铁单独聚集区的硬度性能低，详见图4暗红色区域为铜聚集区。
实施例16的增材制造零件（喷砂处理后）如图5所示。
实施例18 3D打印铁铜钼合金模具钢
3D打印铁铜钼合金模具钢与实施例17不同之处仅在于：采用制备例8制得的球形合金粉末。所得增材制造零件的硬度和导热率见表1。
上述实施例和对比例所制得增材制造零件的硬度和导热率的测试结构如表1所示，其中，导热率测定方法为用闪光法测定热扩散率的标准试验方法(ASTM E1461-2013)，硬度测定方法为GB/T 230.1-2018。
表1
从上述实施例可以看出，以铁铜合金为基础，仅加入钼以及微量C构成最终合金成分，可以实现，通过优化原料配方，不仅使所设计的铁铜钼材料具备良好的可3D打印性，且通过进一步优化其打印工艺和时效热处理的参数，可以实现高导热、低成本、绿色健康环保且兼具高硬度的模具钢的制备。
在部分实施例中，当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的重量百分含量为5~20%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为550~580℃；或者，当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的含量大于20%且小于等于40%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为460~580℃，可使所制得模具钢的硬度在43HRC以上的同时，导热率达74W/(m•K)以上。
因此，本发明的所述的铁铜钼材料在3D打印注塑模具中具有极大应用潜力，在对高导热、低成本、绿色健康环保有需求的模具、消费电子、汽车等行业有极高的使用和推广价值，尤其是，当注塑模具需要设计复杂的随形水路以满足冷却效果时，该材料结合3D打印工艺可以实现注塑模具及复杂随形水路的一体成型，进一步地，采用此类定制化随形水路设计的注塑模具进行注塑生产，可大幅降低注塑冷却周期，提高生产效率，提升注塑产品的品质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，其特征在于，包括：以铁铜钼合金材料为原料进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；按重量百分含量计，所述铁铜钼合金材料包括：C 0.04%~0.2%，Mo 0.5%~3.5%，Cu 5%~40%，不可避免的杂质0.05%以内，Fe余量；所述进行3D打印使所得铁铜钼合金模具钢的凝固组织为单一α-Fe相，铜过饱和固溶在α-Fe相中。
2.根据权利要求1所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，其特征在于，所述铁铜钼合金材料包括球形粉末结构；所述球形粉末结构的粒度为15~53μm。
3.根据权利要求2所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，其特征在于，所述铁铜钼合金材料的制备包括：将合金成分熔炼后雾化制粉得到；所述熔炼的参数包括：温度1800~1900℃，时间20~25min，电磁搅拌频率800~1200Hz；
所述雾化制粉包括采用真空熔炼和惰性气体雾化。
4.根据权利要求3所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，其特征在于，所述进行3D打印包括：采用SLM工艺进行3D打印得所述铁铜钼合金模具钢；所述SLM工艺的扫描速率800~1200mm/s，激光功率250~380W，扫描间距90~120μm，打印层厚30~60μm。
5.根据权利要求4所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，其特征在于，所述进行3D打印后包括时效热处理工艺；所述时效热处理工艺的参数包括：温度为400~600℃。
6.根据权利要求1~5中任一项所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将合金成分熔炼后雾化制粉得到球形粉末结构的铁铜钼合金材料；
以所述铁铜钼合金材料为原料，采用SLM工艺进行3D打印，而后进行时效热处理工艺，得所述铁铜钼合金模具钢；
当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的重量百分含量为5~20%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为550~580℃；
或者，当所述铁铜钼合金材料中C的重量百分含量为0.04~0.05%，Cu的含量大于20%且小于等于40%时，所述铁铜钼合金材料中Mo和C的摩尔比为1.8~2.1:1，所述时效热处理工艺中温度为460~580℃。
7.一种用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢，其特征在于，由权利要求1~6中任一项所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢的制备方法制得；
所述铁铜钼合金模具钢中包括Mo2C和/或Mo6C。
8.根据权利要求7所述用于3D打印注塑模具的铁铜钼合金模具钢，其特征在于，所述铁铜钼合金模具钢的导热率为74~80W/(m•K)，硬度为43~46HRC。
9.一种3D打印定制化随形水路设计的注塑模具，其特征在于，包括权利要求1~6中任一项所述制备方法制得的铁铜钼合金模具钢，或者权利要求7或8所述铁铜钼合金模具钢。
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