一种马氏体模具钢及其制备方法与流程

1.本技术涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种马氏体模具钢及其制备方法。


背景技术：

2.金属增材制造技术是一种高效的零部件制造技术，可实现复杂结构一体成型，简化工序，大幅缩短制造周期，与激光铺粉及激光送粉等增材制造技术相比，cmt电弧增材制造技术原材料成本低，单位时间内增材质量大，具有极大的市场前景，尤其在结构复杂的模具成型方面，cmt电弧增材制造技术被广泛关注。
3.h13钢热作模具钢具有较高的淬透性和韧性，优良的抗裂变能力，热处理变形小、耐磨性能好，h13钢热作模具钢具的制造流程为：冶炼、轧制、机加工和热处理，而增材制造技术成型h13钢模具可以加工模具内复杂结构冷却水道，但是目前的热作模具钢金属增材制造技术由于成型后金相组织存在部分马氏体钢中掺杂大量的不规则铁素体组织及残余奥氏体组织，存在成型的热作模具钢的组织均匀性差的问题，因此，如何增材制造获得组织均匀性好的热作模具钢是目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种马氏体模具钢及其制备方法，以解决现有技术中增材制造得到的热作模具钢组织均匀性差的技术问题。
5.第一方面，本技术提供了一种马氏体模具钢的制备方法，所述方法包括：
6.获取钢基板和焊丝；
7.以所述焊丝为原料，在所述钢基板上以起始层、中间层和结束层逐层进行电弧熔丝增材制造，得到模具钢；
8.其中，所述起始层的电弧热输入量＞所述中间层的电弧热输入量，所述结束层的电弧热输入量＞所述中间层的电弧热输入量；
9.所述起始层的单位成型体积＞所述中间层的单位成型体积，所述结束层的单位成型体积＜所述中间层的单位成型体积。
10.可选的，所述制备所述起始层包括：
11.将所述钢基板表面上任意一点作为电弧增材制造的起弧点，在所述钢基板上进行电弧熔丝增材制造，得到第一增材制造层；
12.将所述焊丝抬高第一段高度，在所述第一增材制造层e进行电弧熔丝增材制造，增材方向与所述第一增材制造层方向一致，得到第二增材制造层；
13.重复得到第二增材制造层的步骤，得到含三层增材制造层的起始层；
14.制备所述中间层的方法包括：
15.将所述焊丝抬高第二段高度，在所述起始层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与所述第二增材制造层方向一致，得到第四增材制造层；
16.重复得到第四增材制造层的步骤m-6次，得到含n-6层增材制造层的中间层；
17.制备所述结束层的方法包括：
18.将所述焊丝抬高第三段高度，在所述中间层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与所述第四增材制造层方向一致，得到第n-2增材制造层；
19.重复得到第n-2增材制造层的二次，得到含三层增材制造层的结束层，其中，n为增材制造层的总层数，n＞7且为整数；m为增材制造的总次数，m＞7且为整数。
20.可选的，所述制备所述起始层的送丝速度为5m/min～7m/min，焊接速度为0.10m/min～0.20m/min，电弧电压为21.0v～21.5v，电流为150a～155a，搭接率为36％～43％，道间停留时间为50s～60s，层间停留时间为200s～400s，保护气流量为10l/min～20l/min；
21.所述制备所述起始层的热输入量为15750j/m～33325j/m，单位时间成型体积为0.1250m3/min～0.1795m3/min。
22.可选的，所述制备所述中间层的送丝速度为4m/min～6m/min，焊接速度为0.15m/min～0.25m/min，电弧电压为20.0～21.0v，电流为148a～154a，搭接率为36％～43％，道间停留时间为55s～65s，层间停留时间为200s～400s，保护气流量为10l/min～20l/min
23.所述制备所述中间层的热输入量为11840j/m～21560j/m，单位时间成型体积为0.0988m3/min～0.1519m3/min。
24.可选的，所述制备所述结束层的送丝速度为3m/min～5m/min，焊接速度为0.15m/min～0.25m/min，电弧电压为21.0v～21.5v，电流为150a～155a，搭接率为36％～43％，道间停留时间为50s～60s，层间停留时间为200s～400s，保护气流量为10l/min～20l/min；
25.所述制备所述结束层的热输入量为12600j/m～22216.67j/m，单位时间成型体积为0.0741m3/min～0.1266m3/min。
26.可选的，所述起始层的每个增材制造层的厚度都为10mm～20mm，所述中间层的每个增材制造层的厚度都为5mm～15mm，所述结束层的每个增材制造层的厚度都为5mm～10mm。
27.可选的，所述第一段高度为5mm～15mm，所述第二段高度为5mm～15mm，所述第三段高度为5mm～15mm。
28.可选的，所述钢基板和所述焊丝的化学成分都包括：c：0.32％～0.45％，si：0.80％～1.20％，mn：0.20％～0.50％，cr：4.75％～5.50％，mo：1.10％～1.75％，v：0.80％～1.20％，p≤0.030％，s≤0.030％，其余为fe及不可避免的杂质。
29.第二方面，本技术提供了一种马氏体模具钢，所述模具钢包括钢基板和覆盖在所述钢基板上的n个增材制造层，n个所述增材制造层由下到上依次排列，其中，n＞7且为整数；
30.以体积分数计，所述模具钢的金相组织包括：马氏体为90％～97％，残余奥氏体为3％～10％。
31.可选的，所述模具钢的洛氏硬度≥47hrc，抗拉强度≥100mpa。
32.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
33.本技术实施例提供的一种马氏体模具钢的制备方法，通过以起始层、中间层和结束层逐层进行电弧熔丝增材制造，再限定制备起始层、制备中间层和制备结束层的热输入量和单位时间成型体积的不同，使起始层在制备过程中适应钢基板的热传导和约束作用，使结束层在制备过程中适应气氛环境的热传导和热对流作用，配合中间层形成的模具钢的
主体结构，从而能得到不同层级的增材制造层，使每个增材制造层的组织均匀，提高增材制造得到的热作模具钢组织均匀程度。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢的制备方法的流程示意图；
37.图2为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢顶部的宏观示意图；
38.图3为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢的微观组织示意图；
39.图4为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢的微观组织的物相检测结果示意图。
具体实施方式
40.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.在本技术一个实施例中，如图1所示，提供一种马氏体模具钢的制备方法，所述方法包括：
42.s1.获取钢基板和焊丝；
43.s2.以所述焊丝为原料，在所述钢基板上以起始层、中间层和结束层逐层进行电弧熔丝增材制造，得到模具钢；
44.其中，所述起始层的电弧热输入量＞所述中间层的电弧热输入量，所述结束层的电弧热输入量＞所述中间层的电弧热输入量；
45.所述起始层的单位成型体积＞所述中间层的单位成型体积，所述结束层的单位成型体积＜所述中间层的单位成型体积。
46.作为一个可选的实施例，制备所述起始层的方法包括：
47.将所述钢基板表面上任意一点作为电弧增材制造的起弧点，在所述钢基板上进行电弧熔丝增材制造，得到第一增材制造层；
48.将所述焊丝抬高第一段高度，在所述第一增材制造层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与所述第一增材制造层方向一致，得到第二增材制造层；
49.重复得到第二增材制造层的步骤，得到含三层增材制造层的起始层；
50.制备所述中间层的方法包括：
51.将所述焊丝抬高第二段高度，在所述起始层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与所述第二增材制造层方向一致，得到第四增材制造层；
52.重复得到第四增材制造层的步骤m-6次，得到含n-6层增材制造层的中间层；
53.制备所述结束层的方法包括：
54.将所述焊丝抬高第三段高度，在所述中间层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与所述第四增材制造层方向一致，得到第n-2增材制造层；
55.重复得到第n-2增材制造层的二次，得到含三层增材制造层的结束层，其中，n为增材制造层的总层数，n＞7且为整数；m为增材制造的总次数，m＞7且为整数。
56.本技术中，通过采用每步骤逐步抬高的方式，再通过每次增材制造方向的限定，依次构筑出含三层增材制造层的起始层、含n-6层增材制造层的中间层和含三层增材制造层的结束层，从而控制不同增材制造层的成型方式，保证得到的模具钢的组织均匀。
57.作为一个可选的实施方式，所述制备所述起始层的送丝速度为5m/min～7m/min，焊接速度为0.10m/min～0.20m/min，电弧电压为21.0v～21.5v，电流为150a～155a，搭接率为36％～43％，道间停留时间为50s～60s，层间停留时间为200s～400s，保护气流量为10l/min～～20l/min；
58.所述制备所述起始层的热输入量为15750j/m～33325j/m，单位时间成型体积为0.1250m3/min～0.1795m3/min。
59.本技术中，制备起始层的送丝速度为5m/min～7m/min的积极效果是在该送丝速度范围内，保证成形良好组织控制良好；当该速度的取值范围过大，将导致的不利影响是送丝速度过快，单位时间内成型体积过大，导致增材制造层应力开裂，当该速度的取值范围过小，将导致的不利影响是送丝速度过慢，增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
60.制备起始层的焊接速度为0.10m/min～0.20m/min的积极效果是保证在该焊接速度范围内，能良好控制增材制造层的成形组织；当该速度的取值范围过大或过小，将导致的不利影响是焊接速度过快或过慢，都将导致增材制造层厚度不均匀，表面平整度差。
61.制备起始层的电弧电压为21.0～21.5v的积极效果是保证在该电弧电压范围内，能保证焊丝成形良好并且增材制造层的组织控制良好；当该电压的取值范围过大，将导致的不利影响是电压过高，说明热输入过高，导致焊丝的成形性变差，增材制造层将出现孔洞裂纹等缺陷，当该电压的取值范围过小，将导致的不利影响是电压过低，说明热输入过低，导致焊丝熔化不充分，增材制造层的成形性变差，并且将出现不规则铁素体类的异常组织。
62.制备起始层的电流为150～155a的积极效果是在该电流范围内，能保证焊丝成形良好并且增材制造层的组织控制良好；当该电流的取值范围过大，将导致的不利影响是电流过大，说明热输入过高，将导致焊丝的成形性变差，增材制造层出现孔洞裂纹等缺陷，当该流的取值范围过小，将导致的不利影响是电流过低，说明热输入过低，导致焊丝熔化不充分，增材制造层的成形性变差，并且出现不规则铁素体异常组织。
63.制备起始层的搭接率为36％～43％的积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该搭接率的取值范围过大或过小，将导致的不利影响是增材制造层厚度不均匀，表面平整度差。
64.制备起始层的道间停留时间为50～60s的积极效果是在该停留时间范围内，能避免产生热应力导致的增材制造层的变形；当该时间的取值范围过大，将导致的不利影响是时间过长，导致多个增材制造前一道工序的温度过低，从而导致冷却速度过快，进而导致增材制造层变形和开裂，当该时间的取值范围过小，将导致的不利影响是停留时间过短，导致
散热不充分，从而导致热应力过大，致使增材制造层发生变形和开裂。
65.制备起始层的层间停留时间为200s～400s的积极效果是在该时间范围内，能有效避免产生热应力，从而避免热应力变化导致的增材制造层的变形；当该时间的取值范围过大，将导致的不利影响是时间过长，导致多个增材制造前一层工序的温度过低，从而导致冷却速度过快，进而导致增材制造层变形和开裂，当该时间的取值范围过小，将导致的不利影响是停留时间过短，导致散热不充分，从而导致热应力过大，致使增材制造层发生变形和开裂。
66.制备起始层的保护气流量为10l/min～20l/min的积极效果是在该流量的范围内，能避免增材制造过程中，材料在熔化凝固过程发生氧化，从而导致孔洞和裂纹等缺陷；当该气流量的取值范围过大，将导致的不利影响是气体流量过快，气流对材料的熔化凝固过程产生影响，当该气流量的取值范围过小，将导致的不利影响是气体流量过小，将导致在增材制造过程中材料的熔化凝固过程中，增材制造层将发生氧化，将导致孔洞和裂纹等缺陷。
67.作为一个可选的实施方式，所述制备所述中间层的送丝速度为4～6m/min，焊接速度为0.15～0.25m/min，电弧电压为20.0～21.0v，电流为148～154a，搭接率为36％～43％，道间停留时间为55～65s，层间停留时间为200～400s，保护气流量为10～20l/min
68.所述制备所述中间层的热输入量为11840～21560j/m，单位时间成型体积为0.0988～0.1519m3/min。
69.本技术中，制备中间层的送丝速度为4～6m/min的积极效果是在该送丝速度范围内，能保证增材制造层的成形良好，并且增材制造层的组织控制良好；当该速度的取值范围过大，将导致的不利影响是送丝速度过快，导致单位时间内成型体积过大，从而导致增材制造层的应力开裂，当该速度的取值范围过小，将导致的不利影响是送丝速度过慢，导致增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
70.制备中间层的焊接速度为0.15～0.25m/min的积极效果是保证在该焊接速度范围内，能保证增材制造层成形良好并且增材制造层的组织控制良好；当该速度的取值范围过大或过小，将导致的不利影响是焊接速度过快或过慢，将导致增材制造层的厚度不均匀，表面平整度差。
71.制备中间层的电弧电压为20.0～21.0v的积极效果是保证在该电压范围内，能保证增材制造层的成形良好，增材制造层的组织控制良好；当该电压的取值范围过大，将导致的不利影响是电弧电压过高，说明热输入过高，导致增材制造层的成形性变差，增材制造层将出现孔洞裂纹等缺陷，当该电压的取值范围过小，将导致的不利影响是电弧电压过低，说明热输入过低，导致焊丝熔化不充分，增材制造层的成形性变差，并出现不规则铁素体异常组织。
72.制备中间层的电流为148～154a的积极效果是该电流范围内，能保证焊丝成形良好并且增材制造层的组织控制良好；当该电流的取值范围过大，将导致的不利影响是电流过大，说明热输入过高，将导致焊丝的成形性变差，增材制造层出现孔洞裂纹等缺陷，当该流的取值范围过小，将导致的不利影响是电流过低，说明热输入过低，导致焊丝熔化不充分，增材制造层的成形性变差，并且出现不规则铁素体异常组织。
73.制备中间层的搭接率为36％～43％的积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该搭接率的取值范围过大或过小，将导致的不利影响是增材制造层厚度不均匀，表面平整
度差。
74.制备中间层的道间停留时间为55～65s的积极效果是在该停留时间范围内，能避免产生热应力导致的增材制造层的变形；当该时间的取值范围过大，将导致的不利影响是时间过长，导致多个增材制造前一道工序的温度过低，从而导致冷却速度过快，进而导致增材制造层变形和开裂，当该时间的取值范围过小，将导致的不利影响是停留时间过短，导致散热不充分，从而导致热应力过大，致使增材制造层发生变形和开裂。
75.制备中间层的层间停留时间200～400s的积极效果是在该时间范围内，能有效避免产生热应力，从而避免热应力变化导致的增材制造层的变形；当该时间的取值范围过大，将导致的不利影响是时间过长，导致多个增材制造前一层工序的温度过低，从而导致冷却速度过快，进而导致增材制造层变形和开裂，当该时间的取值范围过小，将导致的不利影响是停留时间过短，导致散热不充分，从而导致热应力过大，致使增材制造层发生变形和开裂。
76.制备中间层的保护气流量为10l/mm～20l/min的积极效果是在该流量的范围内，能避免增材制造过程中，材料在熔化凝固过程发生氧化，从而导致孔洞和裂纹等缺陷；当该气流量的取值范围过大，将导致的不利影响是气体流量过快，气流对材料的熔化凝固过程产生影响，当该气流量的取值范围过小，将导致的不利影响是气体流量过小，将导致在增材制造过程中材料的熔化凝固过程中，增材制造层将发生氧化，将导致孔洞和裂纹等缺陷。
77.作为一个可选的实施方式，所述制备所述结束层的送丝速度为3～5m/min，焊接速度为0.15～0.25m/mm，电弧电压为21.0～21.5v，电流为150～155a，搭接率为36％～43％，道间停留时间为50～60s，层间停留时间为200～400s，保护气流量为10～20l/min；
78.所述制备所述结束层的热输入量为12600～22216.67j/m，单位时间成型体积为0.0741～0.1266m3/min。
79.本技术中，制备结束层的送丝速度为3～5m/min的积极效果是该送丝速度范围内，保证成形良好组织控制良好；当该速度的取值范围过大，将导致的不利影响是送丝速度过快，单位时间内成型体积过大，导致增材制造层应力开裂，当该速度的取值范围过小，将导致的不利影响是送丝速度过慢，增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
80.制备结束层的焊接速度为0.15～0.25m/min的积极效果是保证在该焊接速度范围内，能良好控制增材制造层的成形组织；当该速度的取值范围过大或过小，将导致的不利影响是焊接速度过快或过慢，都将导致增材制造层厚度不均匀，表面平整度差。
81.制备结束层的电弧电压为21.0～21.5v的积极效果是保证在该电弧电压范围内，能保证焊丝成形良好并且增材制造层的组织控制良好；当该电压的取值范围过大，将导致的不利影响是电压过高，说明热输入过高，导致焊丝的成形性变差，增材制造层将出现孔洞裂纹等缺陷，当该电压的取值范围过小，将导致的不利影响是电压过低，说明热输入过低，导致焊丝熔化不充分，增材制造层的成形性变差，并且将出现不规则铁素体类的异常组织。
82.制备结束层的电流为150～155a的积极效果是在该电流范围内，能保证焊丝成形良好并且增材制造层的组织控制良好；当该电流的取值范围过大，将导致的不利影响是电流过大，说明热输入过高，将导致焊丝的成形性变差，增材制造层出现孔洞裂纹等缺陷，当该流的取值范围过小，将导致的不利影响是电流过低，说明热输入过低，导致焊丝熔化不充
分，增材制造层的成形性变差，并且出现不规则铁素体异常组织。
83.制备结束层的搭接率为36％～43％的积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该搭接率的取值范围过大或过小，将导致的不利影响是增材制造层厚度不均匀，表面平整度差。
84.制备结束层的道间停留时间为50～60s的积极效果是在该停留时间范围内，能避免产生热应力导致的增材制造层的变形；当该时间的取值范围过大，将导致的不利影响是时间过长，导致多个增材制造前一道工序的温度过低，从而导致冷却速度过快，进而导致增材制造层变形和开裂，当该时间的取值范围过小，将导致的不利影响是停留时间过短，导致散热不充分，从而导致热应力过大，致使增材制造层发生变形和开裂。
85.制备结束层的层间停留时间200～400s的积极效果是在该时间范围内，能有效避免产生热应力，从而避免热应力变化导致的增材制造层的变形；当该时间的取值范围过大，将导致的不利影响是时间过长，导致多个增材制造前一层工序的温度过低，从而导致冷却速度过快，进而导致增材制造层变形和开裂，当该时间的取值范围过小，将导致的不利影响是停留时间过短，导致散热不充分，从而导致热应力过大，致使增材制造层发生变形和开裂。
86.制备结束层的保护气流量为10～20l/min的积极效果是在该流量的范围内，能避免增材制造过程中，材料在熔化凝固过程发生氧化，从而导致孔洞和裂纹等缺陷；当该气流量的取值范围过大，将导致的不利影响是气体流量过快，气流对材料的熔化凝固过程产生影响，当该气流量的取值范围过小，将导致的不利影响是气体流量过小，将导致在增材制造过程中材料的熔化凝固过程中，增材制造层将发生氧化，将导致孔洞和裂纹等缺陷。
87.作为一个可选的实施方式，所述起始层的每个增材制造层的厚度都为10～20mm，所述中间层的每个增材制造层的厚度都为5～15mm，所述结束层的每个增材制造层的厚度都为5～10mm。
88.作为一个可选的实施方式，所述第一段高度为5～15mm，所述第二段高度为5～15mm，所述第三段高度为5～15mm。
89.本技术中，起始层的每个增材制造层的厚度都为10～20mm的积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该厚度的取值范围过大，将导致的不利影响是厚度过高，增材制造层容易产生孔洞和裂纹等缺陷，当该厚度的取值范围过小，将导致的不利影响是增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
90.中间层的每个增材制造层的厚度都为5～15mm的积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该厚度的取值范围过大，将导致的不利影响是厚度过高，增材制造层容易产生孔洞和裂纹等缺陷，当该厚度的取值范围过小，将导致的不利影响是增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
91.结束层的每个增材制造层的厚度都为5～10mm的积极效果是保证在该厚度范围内，增材制造层的成形良好且有利于控制制备阶段的散热速度；当该厚度的取值范围过大，将导致的不利影响是厚度过高，增材制造层将容易产生孔洞和裂纹等缺陷，因散热过快且变形量累积容易开裂，当该厚度的取值范围过小，将导致的不利影响是增材制造层厚度过薄，将导致热量过于集中，易发生熔穿现象。
92.作为一个可选的实施方式，所述第一段高度为5～15mm，第二段高度为5～15mm，第
三段高度为5～15mm
93.本技术中，第一段高度为5～15mm积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该厚度的取值范围过大，将导致的不利影响是高度过高，增材制造层容易产生孔洞和裂纹等缺陷，当该厚度的取值范围过小，将导致的不利影响是高度过低，导致增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
94.第二段高度为5～15mm积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该厚度的取值范围过大，将导致的不利影响是高度过高，增材制造层容易产生孔洞和裂纹等缺陷，当该厚度的取值范围过小，将导致的不利影响是高度过低，导致增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
95.第三段高度为5～15mm积极效果是保证增材制造层的成形良好；当该厚度的取值范围过大，将导致的不利影响是高度过高，增材制造层容易产生孔洞和裂纹等缺陷，当该厚度的取值范围过小，将导致的不利影响是高度过低，导致增材制造层厚度过薄，在下一层制造过程中将发生熔穿现象。
96.作为一个可选的实施方式，以质量分数计，所述钢基板和所述焊丝的化学成分都包括：c：0.32％～0.45％，si：0.80％～1.20％，mn：0.20％～0.50％，cr：4.75％～5.50％，mo：1.10％～1.75％，v：0.80％～1.20％，p≤0.030％，s≤0.030％，其余为fe及不可避免的杂质，其中，所述焊丝由drahtwerk elisental公司提供的tig wire h13型钢材，所述钢基板购置于常规厂商。
97.在本技术的一个实施例中，如图2所示，提供一种马氏体模具钢，所述模具钢包括钢基板和覆盖在所述钢基板上的n个增材制造层，n个所述增材制造层由下到上依次排列，其中，n＞7且为整数；
98.以质量分数计，所述模具钢包括钢基板和覆盖在所述钢基板上的n个增材制造层，n个所述增材制造层由下到上依次排列，其中，n＞7且为整数；
99.以体积分数计，所述模具钢的金相组织包括：马氏体为90％～97％，残余奥氏体为3％～10％。
100.本技术中，马氏体的体积分数为90％～97％的积极效果是组织均匀，强度韧性好；当该体积分数取值范围过小，将导致的不利影响是马氏体的含量过低，说明成型后模具钢的金相组织不均匀，强度低韧性差。
101.残余奥氏体为3％～10％的积极效果是在该体积分数范围内，说明模具钢的金相组织均匀，强度韧性好；当该体积分数取值范围过大将导致的不利影响是残余奥氏体含量过高，说明成型后模具组织不均匀，强度低韧性差。
102.作为一个可选的实施方式，所述模具钢的洛氏硬度≥47hrc，抗拉强度≥100mpa。
103.实施例1
104.一种马氏体模具钢的制备方法，方法包括：
105.s1.获取钢基板和焊丝；
106.s2.以所述焊丝为原料，在所述钢基板上以起始层、中间层和结束层逐层进行电弧熔丝增材制造，得到模具钢；
107.其中，起始层的电弧热输入量＞中间层的电弧热输入量，结束层的电弧热输入量＞中间层的电弧热输入量；
108.起始层的单位成型体积＞中间层的单位成型体积，结束层的单位成型体积＜中间层的单位成型体积。
109.制备起始层的方法包括：
110.将钢基板表面上任意一点作为电弧增材制造的起弧点，在钢基板上进行电弧熔丝增材制造，得到第一增材制造层；
111.将焊丝抬高第一段高度，在第一增材制造层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与第一增材制造层方向一致，得到第二增材制造层；
112.重复得到第二增材制造层的步骤，得到含三层增材制造层的起始层；
113.制备中间层的方法包括：
114.将焊丝抬高第二段高度，在起始层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与第二增材制造层方向一致，得到第四增材制造层；
115.重复得到第四增材制造层的步骤m-6次，得到含n-6层增材制造层的中间层；
116.制备结束层的方法包括：
117.将焊丝抬高第三段高度，在中间层上进行电弧熔丝增材制造，增材方向与第四增材制造层方向一致，得到第n-2增材制造层；
118.重复得到第n-2增材制造层的二次，得到含三层增材制造层的结束层，其中，n＝10，m＝10。
119.制备起始层的送丝速度为6m/min，焊接速度为0.15m/min，电弧电压为21v，电流为153a，搭接率为39％，道间停留时间为55s，层间停留时间为300s，保护气流量为15l/min
120.制备起始层的热输入量为21420j/m，单位时间成型体积为0.1519m3/min。
121.制备中间层的送丝速度为5m/min，焊接速度为0.2m/min，电弧电压为21v，电流为153a，搭接率为39％，道间停留时间为60s，层间停留时间为300s，保护气流量为15l/min；
122.制备中间层的热输入量为16065j/m，单位时间成型体积为0.125m3/min。
123.制备结束层的送丝速度为4m/min，焊接速度为0.22m/min，电弧电压为21v，电流为153a，搭接率为39％，道间停留时间为60s，层间停留时间为300s，保护气流量为15l/min；
124.制备结束层的热输入量为14604.55j/m，单位时间成型体积为0.0995m3/min。
125.起始层的每个增材制造层的厚度都为15mm，中间层的每个增材制造层的厚度都为10mm，结束层的每个增材制造层的厚度都为5mm；
126.第一段高度为15mm，第二段高度为15mm，第三段高度为10mm。
127.钢基板和焊丝的化学成分都包括：c：0.32％～0.45％，si：0.80％～1.20％，mn：0.20％～0.50％，cr：4.75％～5.50％，mo：1.10％～1.75％，v：0.80％～1.20％，p≤0.030％，s≤0.030％，其余为fe及不可避免的杂质。
128.一种马氏体模具钢，模具钢包括钢基板和覆盖在钢基板上的10个增材制造层，n个增材制造层由下到上依次排列；
129.以体积分数计，模具钢的金相组织包括：马氏体为90％～97％，残余奥氏体为3％～10％。
130.实施例2
131.将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：
132.制备起始层的送丝速度为7m/min，焊接速度为0.1m/min，电弧电压为21.5v，电流
为155a，搭接率为43％，道间停留时间为60s，层间停留时间为400s，保护气流量为10l/min；
133.制备起始层的热输入量为33325j/m，单位时间成型体积为0.1795m3/min。
134.制备中间层的送丝速度为6m/min，焊接速度为0.15m/min，电弧电压为21v，电流为154a，搭接率为43％，道间停留时间为65s，层间停留时间为400s，保护气流量为10l/min；
135.制备中间层的热输入量为21560j/m，单位时间成型体积为0.1519m3/min。
136.制备结束层的送丝速度为5m/min，焊接速度为0.15m/min，电弧电压为21.5v，电流为155a，搭接率为43％，道间停留时间为60s，层间停留时间为400s，保护气流量为10l/min；
137.制备结束层的热输入量为22216.67j/m，单位时间成型体积为0.1266m3/min。
138.以质量分数计，钢基板和焊丝的化学成分都包括：c：0.32％～0.45％，si：0.80％～1.20％，mn：0.20％～0.50％，cr：4.75％～5.50％，mo：1.10％～1.75％，v：0.80％～1.20％，p≤0.030％，s≤0.030％，其余为fe及不可避免的杂质。
139.实施例3
140.将实施例3和实施例1相对比，实施例3和实施例1的区别在于：
141.制备起始层的送丝速度为5m/min，焊接速度为0.2m/min，电弧电压为21v，电流为150a，搭接率为36％，道间停留时间为50s，层间停留时间为200s，保护气流量为20l/min；
142.制备起始层的热输入量为15750j/m，单位时间成型体积为0.1250m3/min。
143.制备中间层的送丝速度为4m/min，焊接速度为0.25m/min，电弧电压为20v，电流为148a，搭接率为36％，道间停留时间为55s，层间停留时间为200s，保护气流量为20l/min；
144.制备中间层的热输入量为11840j/m，单位时间成型体积为0.0988m3/min。
145.制备结束层的送丝速度为3m/min，焊接速度为0.25m/min，电弧电压为21v，电流为150a，搭接率为36％，道间停留时间为50s，层间停留时间为200s，保护气流量为20l/min；
146.制备结束层的热输入量为12600j/m，单位时间成型体积为0.0741m3/min。
147.以质量分数计，钢基板和焊丝的化学成分都包括：c：0.32％～0.45％，si：0.80％～1.20％，mn：0.20％～0.50％，cr：4.75％～5.50％，mo：1.10％～1.75％，v：0.80％～1.20％，p≤0.030％，s≤0.030％，其余为fe及不可避免的杂质。
148.对比例1
149.将对比例1和实施例1相对比，对比例1和实施例1的区别在于：
150.不采用制备起始层、中间层和结束层的分段电弧熔丝增材制造，直接进行电弧熔丝增材制造。
151.对比例2
152.将对比例2和实施例1相对比，对比例2和实施例1的区别在于：
153.输入热量：制备起始层＝制备中间层＝制备结束层；单位成型体积：制备起始层＝制备中间层＝制备结束层。
154.对比例3
155.将对比例3和实施例1相对比，对比例3和实施例1的区别在于：
156.采用制备起始层的条件制备第一至第三增材制造层，采用制备中间层的条件制备第四至第十增材制造层。
157.对比例4
158.将对比例4和实施例1相对比，对比例4和实施例1的区别在于：
159.采用制备中间层的条件制备第一至第三增材制造层，采用制备结束层的条件制备第四至第十增材制造层。
160.相关实验：收集实施例1-5和对比例1-4所制备出的模具钢，对各模具钢进行性能测试，结果如表1所示。
161.相关实验的测试方法：在成型后的模具钢表面
162.平均洛氏硬度的测试方法：在成型后模具钢上，在起始层、中间层和结束层上随机选取八个位置，并分别检测各位置对应的洛氏硬度并取平均值，结果如表1所示。
163.抗拉强度的测试方法；在成型后的模具钢的内部选取3个方向检测对应方向的抗拉强度，结果如表1所示。
164.表1
[0165][0166][0167]
表1的具体分析：
[0168]
平均洛氏硬度是指制备出的模具钢每层洛氏硬度的平均值，当每层的平均洛氏硬度差距不大，说明每层的力学性能越均匀，也说明每层的组织均匀，
[0169]
抗拉强度是指制备出的模具钢的不同方向的抗拉性能，当三个方向的抗拉强度相差不大，说明制备出的模具钢的力学性能均匀良好，也说明模具钢的整体组织均匀。
[0170]
表1中实施例1-3的分析：
[0171]
(1)本技术实施例提供的方法，能获得金相组织中马氏体含量达90％以上、且不含不规则铁素体的模具钢，同时无裂纹孔洞等缺陷。
[0172]
(2)本技术实施例提供的模具钢，组织均匀成形性好，其洛氏硬度达到47hrc以上，抗拉强度达到1000mpa。
[0173]
表1中对比例1-4的分析：
[0174]
不采用本技术实施例提供的方法，获得的组织存在不规则铁素体，性能不均匀，成形性差，对比例中1和2甚至出现宏观开裂、孔洞等现象，成为残次品。
[0175]
本技术实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0176]
(1)本技术实施例提供的方法，能获得金相组织中马氏体含量达90％以上、且不含不规则铁素体的模具钢，同时无裂纹孔洞等缺陷。
[0177]
(2)本技术实施例提供的模具钢，其洛氏硬度达到47hrc以上，抗拉强度达到
1000mpa。
[0178]
(3)本技术实施例提供的方法，可通过将电弧熔丝增材制造的工艺参数整合到生产线上，配合机加工和模具制造工序，能够实现模具钢整体的自动化生产，节省生产周期和生产成本。
[0179]
附图解释：
[0180]
图2为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢顶部的宏观示意图，由图2可看出，整体模具钢的表面形貌均匀，平些性好，说明模具钢宏观上是均匀的。
[0181]
图3为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢的微观组织示意图，由图3可看出，模具钢的微观组织上有大量的马氏体，并且马氏体的分布均匀，说明了本技术模具钢的组织均匀性。
[0182]
图4为本技术实施例提供的一种马氏体模具钢的微观组织的物相检测结果示意图，由图4可看出，模具钢的金相组织中，马氏体上含有部分残存的奥氏体，但残存的奥氏体分布有规则，且大小较为均一，无不规则铁素体，说明模具钢的金相组织均匀性好。
[0183]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0184]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。