摘要：近年来，增材制造（AM）在复杂形状压铸模具中的应用不断推进。通过AM制作的压铸模具，可有效缩短制造周期。此外，随着近终形技术的发展，省略切削加工工序，不仅能缩短模具制作工期，而且在制造单个零件时还能降低电力消耗。因此，从实现碳中和这一角度来看，利用AM制作压铸

世界金属导报

1 开发背景与目的

近年来，增材制造（AM）在复杂形状压铸模具中的应用不断推进。通过AM制作的压铸模具，可有效缩短制造周期。此外，随着近终形技术的发展，省略切削加工工序，不仅能缩短模具制作工期，而且在制造单个零件时还能降低电力消耗。因此，从实现碳中和这一角度来看，利用AM制作压铸模具应用前景广阔。

压铸模具一般使用代表性的热作模具钢SKD61。然而，在快速冷却凝固的AM工艺中，由于成形时会发生淬火现象，SKD61淬火硬度过高，约为54HRC，冷却时产生的热应力容易出现成形裂纹。因此，将AM应用于压铸模具时，常使用超低碳钢且成形后硬度较低、不易产生成形裂纹的马氏体时效钢。与SKD61钢相比，马氏体时效钢含有较多的Ni和Co等固溶元素，因此，影响模具冷却能力的热导率较低。由此可见，热导率和成形性之间存在此消彼长的关系。

为了突破这种制约关系，山阳特钢开发了比SKD61具有更高热导率和优异成形性的热作模具钢（S-MEC®40D、S-MEC®34D），以及比通用马氏体时效钢热导率更高的马氏体时效钢（S-MEC®24M）。S-MEC®作为一种为AM压铸模具开发的钢种，兼顾了优秀的热传导性和成形性。

2 技术内容与特征

AM过程中，由于激光照射的每个微小区域都会反复进行局部熔化和快速冷却凝固，可以省略诸如淬火和固溶处理等传统上必要的热处理工序。与熔炼钢材相比，能够减少提高淬透性的元素，并且也无需考虑在固溶处理时避免脆性相的问题。基于上述设想，从适配AM工艺的合金元素最佳含量这一角度出发，进行了成分调整。

2.1 压铸模具用金属AM热作模具钢“S-MEC®40D、S-MEC®34D”

S-MEC®40D和S-MEC®34D以SKD61为基础，针对AM工艺对合金元素进行了优化。试验所使用的AM合金粉末通过气体雾化法制备，经筛分分级后，选取粒径为10-53μm的粉末。利用这些粉末，通过金属增材制造设备（EOS M290）制作了各类试样。另外，在评估热导率和抗软化性能时，进行了两次回火处理，条件为600℃、1h，随后空冷。

2.2 压铸模具用金属AM无钴马氏体时效钢“S-MEC®24M”

通用马氏体时效钢（相当于18NiGradeC）含有约9%的Co，而Co属于特定化学物质。将其作为粉末处理时，需要在室内作业场所采取扩散抑制措施，如安装局部排气装置等。因此，通过对无钴马氏体时效钢进行成分优化，开发出一种具有优异成型性和高导热率的材料。粉末通过气体雾化法制备，经分级得到粒度在10-53μm的粉末后，使用金属增材制造设备（EOS M280）制作各种材料特性试样。随即使用经过时效热处理的试样，对热导率、硬度、夏比冲击值进行评估。另外，为研究时效硬度的温度依赖性，测量了成型后以及在480-630℃时效状态下的硬度。

3 适用范围及生产实例

相关试验结果证实，S-MEC®40D和S-MEC®34D具有高热导率和出色的成型性。其机械性能与SKD61相当甚至更优,适用于压铸模具的增材制造用热作模具钢。此外，S-MEC®24M在保持与传统马氏体时效钢同等机械性能的同时，弥补了马氏体时效钢热导率的不足。这几种粉末在汽车制造商、模具制造商以及各服务机构的评估进展顺利，部分用户已决定正式将其应用于量产。

《世界金属导报》

2025年第5期 AB11

来源：世界金属导报