原创顶刊《AM》：增材制造Cu-H13工具钢（一）(H13化学成分的分析)
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原创顶刊《AM》：增材制造Cu-H13工具钢（一）
连接Cu和H13的另一种解决方案是使用直接层，其作为可溶于Fe和Cu的过渡材料。
根据铁镍相图(图2b)存在混合的fcc(面心立方)和bcc(体心立方)相。
当铁镍合金中的铁含量范围为40wt%至95wt%。
当镍含量大于60wt%时，铁镍合金是由FeNi3相形成。
在另一个极端，当Ni含量小于5wt%时，观察到α-Fe。
此外，镍能与铜形成稳定的固溶体(图2c)。
此外，镍的CTE为13.3×10ｅｘｐ（6）/°C，介于铜和H13之间。
因此，在铜和镍之间插入镍由于CTE值的差异，H13可以减轻残余应力的发展。
此外，Ni具有高热导率，因此不会阻碍Cu-Ni-H13中的大部分热传递。
考虑到上述事实，镍是结合铜和H13的良好候选者。
D22被选作中间层，因为它主要由Ni(>95wt。
硼和硅的存在有助于形成硬质硼化物和硅化物相，即使在高温下也有利于其耐磨性。
此外，D22易于加工主要用于修理模具，这与本研究的应用是一致的。
图1.(a)Cu和(c)D22粉末的SEM图像；(b)Cu和(d)D22的粒度分布。
图2.(a)铁-铜，(b)铁-镍，和(c)铜-镍的二元合金相图。
图3.(a)Cu-H13DJ，(b)Cu-D22-H13MMS和(c)D22-H13DJ的示意图。
图4(ａ）DED过程的示意图和(b)实验装置。
图5.DED制造(a)Cu-D22-H13MMS和(b)D22-H13DJ。
图6.(a)Cu-D22-H13MMS上的分段拉伸试样；(b)D22-H13DJ上的分段拉伸试样；(c)拉伸样品的尺寸。
图7.(a)Cu-H13DJ的纵剖面概述图；显示(b)1区、(c)2区和(d)3区结构的显微图像。
图7a显示了制造的Cu-H13DJ的纵剖面图。
在包括Cu-H13界面区域(图7b)、中间层(图7c)和顶层(图7d)沉积态铜。
图7b在靠近双材料界面的Cu中呈现柱状晶粒，向上层生长。
这种柱状晶粒的形成是DED工艺中快速定向凝固的结果。
在沉积过程中，激光扫描基底的顶面以产生熔池。
当在室温下的衬底上沉积材料时，初始的冷却速率。
例如，陈等人报道了在衬底上沉积第一层IN718的冷却速率为1400K/s。
Hejripour等人报告冷却速率为800K/s将双相不锈钢放置在基底上。
高冷却速率导致形成与热量相反生长的柱状晶粒流向。
这种现象通常在许多材料的AM中观察到，例如镍基和钴基合金。
区域1中铜的平均晶粒尺寸为宽度为200微米，最大为长度为1000微米。
在打印后续层时，激光-由于铜的高导热率，产生的热量被快速转移到先前沉积的下层。
此外，由于H13具有比Cu低得多的导热率，所以热量不会迅速消散。
因此，二次加热容易提高Cu再结晶点以上的温度，引起晶粒长大。
Reichardt等人声称柱状枝晶是由先前固化层的激光重熔引起的，其中已经沉积的材料充当后续层固化的成核位置。
结果还表明，尽管铜吸收2-3%的红外激光能量(1.06微米波长度)，本研究中选择的DED工艺参数可以成功沉积铜。
图8(a-b)Cu-H13DJ在双材料界面区的SEM图像；(c)区域A1和(d)区域A2中材料的EDS定量分析。
H13化学成分的分析
H13是C-Cr-Mo-Si-V型钢,在世界上的应用极其普遍,同时各国许多学者对它进行了广泛的研究,并在探究化学成分的改进。
钢的应用广泛和具有优良的特性,主要由钢的化学成分决定的。
当然钢中杂质元素必须降低,有资料表明,当Rm在1550MPa时,材料含硫量由0.005%降到0.003%,会使冲击韧度提高约13J。
十分明显,NADCA207-2003标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0.005%,而超级(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。
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因此，国主焦煤还无法成为唐山的主流炼焦煤品种。
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