增材制造成形模具的核心是工艺与材料，前期团队在激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术成形模具工艺方面开展了大量探索，成形的模具镶块已在部分模具公司得到推广应用并取得了较好的经济效益。近期，华中科技大学快速制造中心团队又在模具材料改性方面做了系列工作。

在注塑模具方面，选择具有良好耐腐蚀性和延展性，优异淬透性和镜面抛光性的高级马氏体S136模具钢作为SLM成形材料。在材料改性方面，我们开展了如下工作：

第一，采用SLM成形了合金成分有微量差异的两组粉末，研究结果表明具有较低Si、Mn含量的试样具有更优异的性能，其水平方向抗拉强度为1184 MPa，延伸率为9.2%，硬度为50.31±0.78 HRC;垂直方向抗拉强度为1469 MPa、延伸率为11.1%，硬度为48.73±0.77HRC。均高于另一组试样的性能(664.7 MPa、7.3%，46.02±2.82;1186 MPa、10.6%，47.33±1.95HRC)。在相同的腐蚀条件下前者在单位时间单位面积内腐蚀失重量更少，腐蚀后的形貌更完整。进一步研究发现较多Si、Mn元素对SLM的成形性具有不利影响。

第二，为了提高模具钢的耐磨性和强度，在S136模具钢中添加了不同含量(0，0.5，1.5，2.5 wt.%)的纳米TiB2弥散强化相，SLM成形结果表明：0.5 wt.% TiB2/S136试样的晶粒最细小、性能最佳，强度达到963.7MPa，显微硬度达到761.5 Hv，摩擦系数为0.6489和最低的摩擦磨损率0.152×10-4 mm3/Nm。上述优异性能得益于TiB2相在S136基体中的高度均匀弥散分布形成的连续环状结构，以及在基体相与陶瓷相中间形成的薄层“金属-陶瓷”界面，二者均可强化晶界，提高基体材料性能。

(a)-(d) SLM成形两组不同成分S136试样的微观形貌； (e) 不同TiB2含量对SLM成形S136硬度的影响； (f) 不同Cr含量对SLM成形S136致密度的影响

第三，为了提高SLM成形模具钢的耐腐蚀性能，延长注塑模具的使用寿命，在S136中添加了不同含量的Cr元素，采用SLM成形Cr/S136模具钢的混合粉末。结果表明，随着Cr的增加，成形试样中马氏体先减少后增加，当Cr添加到10 wt.%时，试样全为马氏体;Cr的添加可细化晶粒，Cr添加量越高，成形件的组织越细小;Cr可在试样表面生成致密的钝化膜，提升耐腐蚀性能，当Cr添加量太高时，由于裂纹数量的增加，耐腐蚀性能会相应降低。

在热作模具钢方面，选择目前最常用的热作模具钢之一的H11作为SLM成形材料。它在540 ℃下仍具有持续抗软化的能力，因此它非常适合于铝、镁挤压模、压铸模、锻模及轴胎膜。而SLM成形过程中产生极大的热应力会导致模具开裂，且成形后的残余应力若处理不当也会导致后续使用过程中的开裂。针对这一突出问题，对H11中的关键元素Cr、Mo及V进行微调，随后制得不同合金含量的H11热作模具钢气雾化粉末用于SLM成形。研究结果表明：随着合金含量的增加，样件晶粒由2.8 μm降到1.50 μm后又升至1.90 μm;对应的其600 ℃高温强度从1150 MPa增加至1250 MPa后又降至1230 MPa。同时其残余奥氏体含量从3%增加到12%后升至15%，残余奥氏体在残余应力作用下发生马氏体转变，该转变导致样件体积膨胀从而减少了裂纹。因此通过合金元素的微调节可以改变H11的相含量、晶粒大小，进而改善模具钢的性能。

上述研究表明，通过对传统牌号的模具钢材料进行成分优化设计，掺杂纳米弥散第二相或合金化元素等都可以一定程度地改善增材制造模具钢的性能，从而进一步拓宽了现有牌号模具钢的使用领域。