清華大學(xué)聯(lián)合弗勞恩霍夫研究所、亞琛工大對增材制造H11模具鋼的粗糙表面進行了激光拋光h11鋼材多少錢一公斤。采用多步驟激光拋光的辦法，目前可以獲得的最小光潔度為Ra0.05μm。激光拋光時高的溫度梯度、短的作用時間以及多個回火循環(huán)造成細小的晶粒結(jié)構(gòu)。每一次及激光拋光都會造成表面邊界層的碳發(fā)生脫碳。脫碳伴隨的CO2和O2的逸出同較少的馬氏體相變、、低的硬度和低的表面粗糙度密切相關(guān)。激光拋光同時會在表面造成最高可達926MPa的殘余應(yīng)力。這一成果發(fā)表在近期出版的期刊《MaterialsandDesign上。

　　研究背景：

　　在當(dāng)今，工模具的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其被設(shè)計和制造成各種類型以滿足工業(yè)應(yīng)用，如航空航天、汽車、電子等。對壓鑄模具來說，H系列熱作模具鋼是至關(guān)重要且普遍應(yīng)用的鋼種。如AISIH11熱作模具鋼就是壓鑄模具中比較理想的一種鋼材，該鋼材具有優(yōu)異的機械性能。該鋼種屬于含Cr系模具鋼，AISIH11鋼具有非常高的硬度。抗沖擊能力和強韌性，從而使得該鋼種極易適合用于高載荷下的熱金屬成型加工。因此h11鋼材多少錢一公斤，H11模具鋼在工模具加工領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛并成為許多工具、模具的標(biāo)準(zhǔn)用材，如擠壓模具。而激光的材料加工在制造、修復(fù)、表面精飾這些模具上正變得越來也重要。如Sames等人在文章中指出激光增材制造，如LPBF和DMD的引入，會在模具鋼領(lǐng)域中占據(jù)越來越大的比重。實際上，關(guān)于H11模具鋼的3D打印在2003年就已經(jīng)有相關(guān)報道。近年來關(guān)于3D打印H11模具鋼的報道和應(yīng)用日益增多。

　　然而，不管是那種3D打印技術(shù)，其表面粗糙度總是不能令人滿意。激光選區(qū)熔化馬氏體時效硬化鋼的表面粗糙度小于Ra5μm已經(jīng)被認為是目前比較低的水平啦。因此，表面粗糙度經(jīng)常需要采用后續(xù)工藝進行降低。

　　一種可以降低金屬表面粗糙度的相對較新的技術(shù)是激光拋光（Laserpolishing，LP）。從本質(zhì)上來講，激光表面拋光技術(shù)實際上是一種微焊接技術(shù)，該技術(shù)是通過熔化表面層的邊界，然后熔化層在凝固成光滑狀態(tài)來實現(xiàn)的。激光表面拋光過程是一個在空間分布的熱過程和由于快速加熱、快速冷卻所形成的極端溫度梯度的工藝過程。

　　Marrow等人預(yù)測采用脈沖激光拋光時，其冷卻速率最高可達10exp（7）到10（9）K/S。激光拋光工藝作為傳統(tǒng)工藝制造工模具時的最后一道加工工序，同時將這一工藝用于LPBF和LMD工藝的最后一道加工工序也是非常有趣的。這一嘗試早在2007年就有人進行過嘗試。采用激光拋光作為3D打印制造的精加工工序特別有趣，在于激光打印時所使用的激光源同激光拋光所用的激光源是一樣的，如都是連續(xù)激光、disk激光等。在本質(zhì)上，這些光源同樣適用于激光拋光。而且，Rosa等人曾經(jīng)嘗試過采用激光拋光的工藝來提高3D打印316L不銹鋼制品的表面粗糙度。因此，LP工藝實際上是一種利用激光熔化表面的粗糙區(qū)域形成熔池，進而讓熔池在局部空間重熔分布形成凝固而獲得光滑表面的過程。因此，此處的LP工藝不涉及到材料損失的過程。

　　參數(shù)P3作用下得到的激光表面拋光時的截面SEM組織圖（a）；EBSD截面圖（b）；采用偽彩色圖像處理技術(shù)得到的晶粒方向

　　主要研究成果

　　該研究團隊首先研究了多道激光拋光對模具鋼表面重熔層的顯微組織的影響。采用四套不同的參數(shù)組合，首先對退火態(tài)的模具鋼H11進行了研究。緊接著，采用連續(xù)激光和脈沖激光進行了多步驟重熔，從而顯著的降低了表面的粗糙度。重熔層采用表面粗糙度測量儀、XRD、EBSD、GDES以及納米硬度測試儀進行了測量表征。

　　激光表面拋光導(dǎo)致了晶粒細化和顯微硬度的顯著增加。較低的碳濃度同表面低硬度密切相關(guān)，表面最低硬度為366Hv。激光拋光后表面殘余應(yīng)力最高可達926MPa。總體而言，高的溫度梯度，尤其是由于碳擴散遷移造成的脫碳過程是激光拋光過程中粗糙度變化和顯微組織、性能變化的最關(guān)鍵的驅(qū)動力。