本发明专利技术公开了一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，其步骤为：原料制备、成形、脱脂、烧结和固溶工艺：其中，烧结步骤中，催化脱脂后的坯件采用真空批次炉烧结致密，所述的烧结工艺为全程氮气气氛下烧结，所述的氮气气氛烧结主要分两步进行，先低压烧结致密，后高压渗氮保证性能；所述的低压烧结氮气压力为10‑30kpa,进气流量为20‑50L/min，烧结温度为1150‑1250℃，保温时间90‑360min，所述的高压渗氮氮气压力为60‑90kpa，进气流量为20‑50L/min，烧结温度为1280‑1320℃，保温时间90‑120min。本发明专利技术技术方案实现了相比于巴斯夫喂料更便宜的自制喂料的量产可行性，解决了自制喂料采用常规烧结工艺大批量生产时尺寸稳定性差，性能难以保证的缺点。
【技术实现步骤摘要】
一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺
本专利技术涉及一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，具体为一种Fe17Cr11Mn3Mo材料的制造工艺，属于粉末冶金、金属粉末注射成形领域。
技术介绍
无镍高氮奥氏体不锈钢是今年来开发的一类以氮代镍稳定奥氏体组织的新钢种，这类不锈钢中的氮含量大于0.4wt.％，从而显著提高了钢的力学性能和耐腐蚀性能，无镍的成分特点更解决了传统含镍不锈钢用做穿戴产品或人体植入体时造成的人体镍过敏反应，因此无镍高氮奥氏体不锈钢在工业及生物医学等领域都具有广阔的发展前景。高氮不锈钢的制备方法主要有高压熔炼法和粉末冶金法。常规熔炼方法制备的不锈钢其含氮量很低，只有通过高压熔炼才能获得高的氮含量和高强度高韧性，但高压熔炼方法设备复杂、投资大，并且根据相图熔炼法在冷却时要经过氮含量急剧降低的铁素体相区，从而限制了其发展。与熔炼法相比，粉末冶金技术生产高氮钢更易获得更高的氮含量，此外其工艺灵活，资金投入低，因而粉末冶金高氮钢已经成为当前高氮钢研究中最重要的方向之一。而注射成形技术作为先进的粉末冶金成形方法，能够直接制备出具有负责形状的高性能零件。MIM-Fe17Cr11Mn3Mo材料目前是MIM行业兼具无磁(相对磁导率<1.01)、无镍、高强(屈服强度>600MPa,显微硬度HV>280)不锈钢的唯一选择，可用于双面玻璃手机上强度要求高的摄像头圈、手机中框等。而目前的MIM厂家几乎都采用德国巴斯夫的喂料体系及技术方案，不仅价格较贵(约300元/Kg)，也存在因原料问题造成产品全面不良的风险。如使用自制喂料，采用文献中提供的常规工艺，特别是烧结工艺，尺寸稳定性极差，无法达到量产的水平。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，以解决现有技术的上述问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的。一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，其步骤为：S1、原料制备：将国产气雾化无磁无镍不锈钢粉末与粘结剂按一定配比加入捏合机中，于165-195℃的温度下捏合50-120min，制粒备用；S2、成形：将1)中制备的喂料在注射机上按合适的工艺成形成合格的注射坯件，所述的注射工艺为：射嘴温度160-210℃，注射压力为40-120Mpa,模具温度90-130℃；S3、脱脂：注射坯烧结前需硝酸催化脱脂，脱除坯体里占比较多的聚甲醛，所述的催化脱脂工艺为：温度110-140℃，通酸量3.5-4.8ml/min,通酸时间1-4小时；S4、烧结：催化脱脂后的坯件采用真空批次炉烧结致密，所述的烧结工艺为全程氮气气氛下烧结，所述的氮气气氛烧结主要分两步进行，先低压烧结致密，后高压渗氮保证性能；所述的低压烧结氮气压力为10-30kpa,进气流量为20-50L/min，烧结温度为1150-1250℃，保温时间90-360min，所述的高压渗氮氮气压力为60-90kpa，进气流量为20-50L/min，烧结温度为1280-1320℃，保温时间90-120min。所述的烧结工艺，保温结束后保持氮气压力，冷却至一定温度时进行强制冷却。S5、固溶：将S4中烧结好的零件在一定分压氮气保护的真空炉中进行固溶处理，所述的固溶处理工艺，固溶温度比常规17-4PH材料的固溶更高、冷却速度更快。S1中，所述的国产气雾化无磁无镍不锈钢粉末粒度为-500目、D50≤13μm、振实密度>4.6g/cm3；所述的粘结剂为以POM为主要原料的塑基粘结剂体系，其组元有60-80wt.％聚甲醛(POM)、5-10wt.％高密度聚乙烯(HDPE)、10-20％聚丙烯(PP)、少量硬脂酸(SA)等；所述的粘结剂占喂料的质量分数为5-10％。优选为，其组元有60-80wt.％聚甲醛(POM)、5-10wt.％高密度聚乙烯(HDPE)、10-20％聚丙烯(PP)、硬脂酸(SA)2-5wt.％；其他助剂2-5wt.％。S4中，全程通氮气，从室温以2.5℃/min的速度升温到600℃氮气负压脱脂、预烧结；600℃以3-8℃/min的速度升温到1250℃，保温180min,过程氮气压力20kpa；1250℃以2.5℃/min升温至1300℃，保温120min，过程保持氮气压力90kpa；冷却时仍保持氮气压力。S5中，所述的固溶工艺，氮气分压为60-90kpa，固溶温度为1150-1200℃，保温时间为60-120min，冷却介质为氮气，冷却速度大于150K/min。本专利技术技术方案实现了相比于巴斯夫喂料更便宜(后者价格约为前者的一半)的自制喂料的量产可行性，解决了自制喂料采用常规烧结工艺大批量生产时尺寸稳定性差，性能难以保证的缺点。采用创新性的两步法烧结方案，即先低压烧结致密，再高压渗氮保证性能，满炉烧结时尺寸标准差可达0.04以下，有的甚至可达到0.025的稳定性，相当于30mm的产品满炉的尺寸波动范围仅0.15mm。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术的技术特点。实施例1：采用本技术方案生产的手机摄像头圈，具有密度7.6g/cm3以上，满炉一万件产品，34mm的总长标准差0.03，固溶后35℃中性盐雾试验大于48H，相对磁导率小于1.01，显微硬度HV280-320，屈服强度600-630MPa。具体实施方案如下：1)喂料制备：采用国产气雾化-500目Fe17Cr11Mn3Mo粉末与粘结剂按质量比92:8的配比在捏合挤出一体机上捏合造粒，其中粘结剂体系中各组元含量如下：聚甲醛(POM)：高密度聚乙烯(HDPE)：聚丙烯(PP)：硬脂酸(SA)：其他助剂＝70:5:20：2：3。2)、成形：将1)中制备的喂料在注射机上按合适的工艺成形成合格的注射坯件，所述的注射工艺为：射嘴温度200℃，注射压力为100Mpa,模具温度120℃。3)、脱脂：注射坯烧结前需硝酸催化脱脂，脱除坯体里占比较多的聚甲醛，所述的催化脱脂工艺为：温度110℃，通酸量3.5ml/min,通酸时间2小时。4)、烧结：全程通氮气，从室温以2.5℃/min的速度升温到600℃氮气负压脱脂、预烧结；600℃以3-8℃/min的速度升温到1250℃，保温180min,过程氮气压力20kpa；1250℃以2.5℃/min升温至1300℃，保温120min，过程保持氮气压力90kpa；冷却时仍保持氮气压力。5)、固溶：将烧结好的零件在氮气保护的真空炉中进行固溶处理，在氮气70kpa的压力下以3℃/min的速度升温至1275℃，保温2H，以8bar的氮气压力快速冷却至室温。实施例2：与实施例1不同的是步骤1)中，粘结剂体系，其组元为60wt.％聚甲醛(POM)、10wt.％高密度聚乙烯(HDPE)、20％聚丙烯(PP)、5％硬脂酸(SA)和5％其他助剂；所述的粘结剂占喂料的质量分数为8％。实施例3：与实施例1不同的是：步骤1)中，粘结剂体系，其组元为80wt.％聚甲醛(POM)、5wt.％高密度聚乙烯(HDPE)、10％聚丙烯(PP)、2％硬脂酸(SA)和3％其他助剂；所述的粘结剂占喂料的质量分数为8％。实施例4：与实施例1不同的是：步骤4)中，全程通氮气，从室温以2.5℃/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，其特征在于：其步骤为：S1、原料制备：将国产气雾化无磁无镍不锈钢粉末与粘结剂按一定配比加入捏合机中，于165‑195℃的温度下捏合50‑120min，制粒备用；S2、成形：将1)中制备的喂料在注射机上按合适的工艺成形成合格的注射坯件，所述的注射工艺为：射嘴温度160‑210℃，注射压力为40‑120Mpa,模具温度90‑130℃；S3、脱脂：注射坯烧结前需硝酸催化脱脂，脱除坯体里占比较多的聚甲醛，所述的催化脱脂工艺为：温度110‑140℃，通酸量3.5‑4.8ml/min,通酸时间1‑4小时；S4、烧结：催化脱脂后的坯件采用真空批次炉烧结致密，所述的烧结工艺为全程氮气气氛下烧结，所述的氮气气氛烧结主要分两步进行，先低压烧结致密，后高压渗氮保证性能；所述的低压烧结氮气压力为10‑30kpa,进气流量为20‑50L/min，烧结温度为1150‑1250℃，保温时间90‑360min，所述的高压渗氮氮气压力为60‑90kpa，进气流量为20‑50L/min，烧结温度为1280‑1320℃，保温时间90‑120min。所述的烧结工艺，保温结束后保持氮气压力，冷却至一定温度时进行强制冷却；S5、固溶：将S4中烧结好的零件在一定分压氮气保护的真空炉中进行固溶处理，所述的固溶处理工艺，固溶温度比常规17‑4PH材料的固溶更高、冷却速度更快。...
【技术特征摘要】
1.一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，其特征在于：其步骤为：S1、原料制备：将国产气雾化无磁无镍不锈钢粉末与粘结剂按一定配比加入捏合机中，于165-195℃的温度下捏合50-120min，制粒备用；S2、成形：将1)中制备的喂料在注射机上按合适的工艺成形成合格的注射坯件，所述的注射工艺为：射嘴温度160-210℃，注射压力为40-120Mpa,模具温度90-130℃；S3、脱脂：注射坯烧结前需硝酸催化脱脂，脱除坯体里占比较多的聚甲醛，所述的催化脱脂工艺为：温度110-140℃，通酸量3.5-4.8ml/min,通酸时间1-4小时；S4、烧结：催化脱脂后的坯件采用真空批次炉烧结致密，所述的烧结工艺为全程氮气气氛下烧结，所述的氮气气氛烧结主要分两步进行，先低压烧结致密，后高压渗氮保证性能；所述的低压烧结氮气压力为10-30kpa,进气流量为20-50L/min，烧结温度为1150-1250℃，保温时间90-360min，所述的高压渗氮氮气压力为60-90kpa，进气流量为20-50L/min，烧结温度为1280-1320℃，保温时间90-120min。所述的烧结工艺，保温结束后保持氮气压力，冷却至一定温度时进行强制冷却；S5、固溶：将S4中烧结好的零件在一定分压氮气保护的真空炉中进行固溶处理，所述的固溶处理工艺，固溶温度比常规17-4PH材料的固溶更高、冷却速度更快。2.根据权利要求1所述的一种高氮无磁高强不锈钢零件的低成本MIM制造工艺，其特征在于：S1中，所述的国产...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明月，邓忠勇，段满堂，
申请(专利权)人：上海富驰高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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