【摘 要】
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模具工业被誉为“工业之母”,近年来个性化电子产品及工业品的快速发展对模具复杂度和产品精度提出巨大挑战。增材制造由点到面,由面到体的成形方式,成为制备复杂形状模具潜在竞争力技术。H13钢（4Cr5Mo Si V1）因其优异的综合性能广泛应用于模具工业中,电子束选区熔化（Selective Electron Beam Melting,SEBM）技术具备独特的高温粉床预热工艺,能有效制备高性能H13钢。
【基金项目】
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国家自然科学基金（51874225, 52104341）； 国家重点研发 （2021YFB3701902, 2021YFB3701903, 2021YFB3701802）陕西省工业重点攻关 项目（2020ZDLGY13-10, 2020KJRC0048）、陕西省教育厅产业化项目（21JC015）、 陕西省科技厅一般项目（2022GY-232, 2022JM-259
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模具工业被誉为“工业之母”,近年来个性化电子产品及工业品的快速发展对模具复杂度和产品精度提出巨大挑战。增材制造由点到面,由面到体的成形方式,成为制备复杂形状模具潜在竞争力技术。H13钢（4Cr5Mo Si V1）因其优异的综合性能广泛应用于模具工业中,电子束选区熔化（Selective Electron Beam Melting,SEBM）技术具备独特的高温粉床预热工艺,能有效制备高性能H13钢。为进一步明确SEBM工艺特点下H13钢微观组织演变行为和摩擦磨损性能,本文通过改变SEBM工艺中扫描速度和束流两个主要工艺参数,并明确其微观组织及摩擦磨损性能变化,随后探究了不同载荷和转速对具有最佳耐磨性SEBM成形H13钢摩擦磨损性能的影响。相关研究内容和主要结论如下:对不同工艺参数制备的SEBM成形H13钢成形质量进行了探究,发现束流为16 m A,扫描速度为5.5 m/s时,可以得到表面光洁、致密度高达99.73%的H13钢。随后研究了扫描速度和电子束束流对SEBM成形H13钢相组成和微观组织的影响。结果表明:SEBM成形H13钢主要由γ相和α-Fe相组成,扫描速度会同时引起α-Fe（110）衍射峰角度和峰强的变化,束流仅引起衍射峰强度的变化。通过对SEBM成形H13钢组织进行观察,发现其微观组织主要为贝氏体铁素体,上贝氏体B上和下贝氏体B下组织,扫描速度会引起贝氏体铁素体呈现出不同的形态,主要为条片状的贝氏体铁素体BF、块状或等轴状贝氏体铁素体BF’、针状贝氏体铁素体BF’’,电子束束流主要引起B上和B下组织占比的不同。最后发现采用16 m A的束流和6m/s的扫描速度得到硬度最高为540.94 HV0.2的试样。通过探究不同工艺参数制备的SEBM成形H13钢摩擦磨损性能变化,发现采用15 m A的束流和5.5 m/s的扫描速度制备的H13钢兼具较高的平均摩擦系数及较低的磨损率,表现出最佳的耐磨性。随后研究了载荷和转速对SEBM成形H13钢摩擦磨损性能的影响,发现较小的载荷形成凸起的氧化膜,随载荷的增大,有效改善了磨面的润滑效果;转速对摩擦系数的影响并不显著,但却能够改变磨屑在磨面的行为,从而对氧化膜的演变造成影响。采用10 N的载荷、300 r/min的转速时,室温平均摩擦系数为0.51,磨损率为2.42×10-6mm~3/Nm。
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