Additive manufacturing and heat treatment of Dievar tool steel

Abstract

Dievar tool steel was newly produced by laser powder bed fusion (PBF) method and systematically evaluated after different heat treatments. Additive manufacturing parameters were optimized to achieve low porosity, and various post-processing heat treatment routes were applied. In the as-built state, the steel exhibited an ultimate tensile strength of 1876 MPa, 12% total elongation, and a notch toughness of 29 J. Its microstructure consisted of a martensitic matrix with 23% retained austenite (RA) and nanoscale aluminium oxides or Mo-rich precipitates. The majority of RA transformed into martensite during tensile loading at room temperature, revealing a transformation-induced plasticity (TRIP) effect not previously documented for Dievar. Among post-processing conditions, oil quenching from 1025 °C with double tempering at 610 °C provided the best impact toughness of 28 J, while direct tempering at 610 °C/2 h achieved the highest tensile strength of 2114 MPa with 12% elongation, though toughness decreased to 13 J. While 7% RA persisted after direct tempering, the combined quenching and tempering route led to its complete transformation to martensite. Larger V-rich particles appeared in the matrix after quenching from 1025 °C.

Nástrojová ocel Dievar byla nově vyrobena metodou laserového tavení v práškovém loži (PBF) a systematicky vyhodnocena po různých tepelných zpracováních. Parametry aditivní výroby byly optimalizovány pro dosažení nízké pórovitosti a byly použity různé postupy tepelného zpracování po výrobě. V původním stavu vykazovala ocel mez pevnosti v tahu 1876 MPa, celkové prodloužení 12 % a vrubovou houževnatost 29 J. Její mikrostruktura se skládala z martenzitické matrice s 23 % zbytkového austenitu (RA) a nanočásticových oxidů hliníku nebo precipitátů bohatých na molybden. Většina RA se během tahového zatížení při pokojové teplotě transformovala na martenzit, což odhalilo efekt transformačně indukované plasticity (TRIP), který u oceli Dievar dosud nebyl dokumentován. Mezi podmínkami následného zpracování poskytlo kalení v oleji od 1025 °C s dvojitým popouštěním při 610 °C nejlepší rázovou houževnatost 28 J, zatímco přímé popouštění při 610 °C/2 h dosáhlo nejvyšší pevnosti v tahu 2114 MPa s 12% prodloužením, ačkoli houževnatost klesla na 13 J. Zatímco po přímém popouštění přetrvávalo 7% RA, kombinované kalení a popouštění vedlo k jeho úplné transformaci na martenzit. Po kalení od 1025 °C se v matrici objevily větší částice bohaté na V.