综述：SLM制造热作工具钢，特别相关的影响因素（2）

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长三角G60激光联盟导读
作为一种常见含碳热作工具钢的代表， AISI H13钢是本文研究的重点。本文为第二部分。

图17.基于几何模型计算的孔隙度等值线图。
这里， whalf是熔池宽度的一半值， dbottom是熔池的底部深度， hhalf是相邻熔池之间的影线距离的一半值， ld是各层的层厚。根据重叠情况(包括周围的熔池) ，可以区分三种情况:与周围所有熔池结合良好，只与同一层的熔池结合，只与顶层和底层的熔池结合。这些情况对应于等式(4)-(6)中的三个条件。从几何模型推导出的估算孔隙度等值线图如图17所示。随着能量输入的增加，几何模型预测孔隙度降低。

图18.估算孔隙度水平和实验确定值之间的比较。 a)严重孔隙度(范围0.5~35%)和b)轻微孔隙度(范围0~0.5%) 。
图18显示了估算结果与实验确定值的比较。这两个值揭示了孔隙率随激光功率和扫描速度变化的相似趋势。较高的激光功率和较低的扫描速度导致样品中较少的孔隙率。显然，应用于高孔隙度水平(> 0.5%)的简化几何模型显示出比低孔隙度水平(< 0.5%)下的精确度更高的精确度。在高孔隙率水平下，与实验值相比会出现高估，这可能与实际熔池几何形状偏离半椭圆假设有关。相比之下，在低孔隙率水平下，熔池连接处的熔融不足预计不是导致孔隙率演变的主要因素。相反，气孔和包裹体可能分别扮演更重要的角色。关于缺陷评估的进一步讨论将在本文后面的章节中进行。
2.1.3.参数最优化
为了确保激光设置的质量和再现性，进行了基于响应面和再现性测试的统计分析。在这种情况下，响应面应用于DoE 。已经考虑了四个因素:激光功率、扫描速度、影线距离和焦距。响应面分析的原理考虑了三种类型的点。中心点显示测试区域中心的条件，而轴点用于测试单个因素的相互作用，仅改变中心点的一个因素。相反，角点考虑多个因素之间的交叉影响。施加的激光功率在150和350W之间(步长:50 W) ，扫描速度在500和1300mms-1之间，步长200 mms-1 ，影线距离在0.07和0.15 mm之间(步长0.02 mm) ，焦距在-8和8 mm之间，步长4 mm 。在测试过程中，中心点选择如下:250 W的激光功率、900 mms-1的扫描速度、0.11 mm的阴影距离和0 mm的焦距。
基于给定值，详细的DoE在附录中给出(表A1) 。整个DoE涵盖了从50到158Jmm-3的VED值。对于样品的L-PBF处理，平台的预热温度总是固定在200℃ 。根据DoE制造的所有样品都经过研磨和抛光。随后通过光学显微镜测量孔隙率的面积比。统计分析后，孔隙度的主效应图和等值线图如图19a ， b所示。四个因素的主效应图显示了特定点孔隙度的最小值。通常，低VED ，即低激光功率、快扫描速度和宽影线距离导致更高的孔隙率。此外，基于根据从等高线图导出的DoE模型的优化，在VED为108.8Jmm-3确定最终参数集。
2.2.再现性
参数优化后，可以在完工状态下制造出致密无裂纹的H13样品。然而，对于生产来说，该过程需要是可靠的，即，对于不同的粉末是可再现的，并且必须确保机器条件以保证适当的机械性能。考虑到坚固的应用，这里考虑以下三个方面:增材制造后热处理、机器条件和不同粉末的影响。由于额外热处理后的机械性能与工业应用高度相关，因此将讨论热处理的作用，并将其作为讨论机器条件和不同粉末影响的参考。
2.2.1.后PBF热处理
在优化参数设置后，进行热处理以定制微观结构和机械性能。在用优化的参数制造之后，考虑了普通的热处理程序，即在常规制造的H13大块材料中应用的以下参数的处理，用于设定所需的机械性能。研究了完工样品和热处理样品的微观结构和机械性能，见表5 。通过X射线衍射分析了相分布和残余应力。

综述：SLM制造热作工具钢，特别相关的影响因素（2）

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