当前,世界各国纷纷将兰州40CrNiMo合金结构钢增材制造作为未来产业发展的新增长点,力争抢占未来科技和产业制高点。我国增材制造产业的发展阶段已从研发转向产业化应用,新设备、新技术、新材料、新应用程序不断推陈出新,越来越多的企业将增材制造作为产业升级和技术转型的方向。兰州40CrNiMo合金结构钢增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件,相对于传统的材料去除——切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念,“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系;而“广义”增材制造则以材料累加为基本特征,以直接制造零件为目标的大范畴技术群。
兰州40CrNiMo合金结构钢由于合金元素在回火时能阻碍钢中各种原子的扩散,因而在同样温度下和碳素钢相比,一般均起到延迟马氏体的分解和碳化物的聚集长大作用,从而提高钢的回火稳定性,即提高钢的抗回火软化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比较显著,Al、Mn、Ni的作用不明显。含有较高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的钢,在500~600℃回火时,析出细小弥散的特殊碳化物质点如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分较粗大的合金渗碳体,使钢的强度不再下降反而升高,即出现二次硬化。兰州40CrNiMo合金结构钢Mo对钢的回火脆性有阻止或减弱的作用。
兰州40CrNiMo合金结构钢锻造余热正火(退火)是锻件成形后,当温度高于Ar3(对亚共析钢)时,进入正火炉、冷却箱或退火炉内进行正火或控制冷却,得到正火组织。兰州40CrNiMo合金结构钢由于锻造加热温度高,采用此方法处理后锻件的晶粒较粗,一般用于预备热处理,不适用对于晶粒度有较高要求的锻件。同时,处理后得到的组织为珠光体+铁素体平衡组织,粗晶粒在后续热处理中不存在组织遗传,晶粒可重新细化。
国内外使用的模具钢材而言,模具钢密度一般都在7.85左右,通常模具钢是锻造件,密度在8000-8400千克/立方米。兰州40CrNiMo合金结构钢不同模具钢材中加入的合金元素比例不一样,模具钢密度会有小范围的差别。密度是物质的特性之一,每种物质都有一定的密度,不同物质的密度一般是不同。兰州40CrNiMo合金结构钢根据密度公式:ρ=m/v,也就是说决定模具钢质量和体积的因素决定了模具钢密度。那么从微观的角度来讲的话,就是分子量和分子间隙共同决定物质的密度。
兰州40CrNiMo合金结构钢是能源消耗大户,而锻件热处理又是锻件生产中能源消耗大户,约占整个锻件生产总能耗的30%~35%。我国每吨模锻件的能耗约为1.0t标煤,与国外工业发达国家相比,存在很大差距,例如日本每吨模锻件的能耗约为0.515t标煤。兰州40CrNiMo合金结构钢的锻件能耗约占锻件成本的8%~10%,降低能耗不仅可以降低锻件生产成本,提高企业经济效益,而且能源问题又是关系到一个国家能否可持续发展的重要问题,甚至是关系到人类生存的全球性重大问题。所以充分利用锻造余热进行热处理,在节能降耗、提升效率等方面有着显而易见的优势,既节约能源、缩短工艺流程,又保护环境。