一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法及其制品技术

本发明专利技术公开了一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法及其制品，将含有1.0‑2.0wt％Mo的440C不锈钢预合金粉末与粘接剂在混炼机上混炼后，冷却破碎制得喂料；将喂料加入注射成形机内注射成形，制备出坯件；将坯件进行脱脂处理，得到脱脂坯；将脱脂坯进行预烧结得到预烧结坯；将预烧结坯置于真空烧结炉内真空烧结，当温度升至900‑1000℃时，通入CH4和H2混合气体，继续升温至1150‑1200℃并保温，控制炉内压力为5‑10万帕，混合气体中CH4的体积比为1‑6％；接着抽真空，升温至1250‑1300℃后，冷却得到440C不锈钢零件；将440C不锈钢零件进行热处理，得到最终工件。本发明专利技术制备的440C产品的尺寸精度和表面精度高、产品性能稳定。

A METAL POWDER INJECTION MOLDING METHOD FOR 440C STAINLESS STEEL AND ITS PRODUCTS

The invention discloses a 440C stainless steel metal powder injection moulding method and its products. The 440C stainless steel pre-alloy powder containing 1.0 2.0wt% Mo is mixed with the adhesive on the mixer, then cooled and crushed to produce feeding material; the feeding material is added into the injection moulding machine to inject and form the billet; the billet is degreased to obtain the degreasing billet; and the degreasing billet is pre-sintered to obtain the degreasing billet. To pre-sintered billet; put the pre-sintered billet in vacuum sintering furnace, when the temperature rises to 900 1000 C, the mixture of CH4 and H2 is introduced, then the temperature rises to 1150 1200 C and the temperature is kept warm. The pressure in the furnace is controlled to be 5 100,000 Pa, and the volume ratio of CH4 in the mixture gas is 1 6%. Then, the 440C stainless steel parts are cooled after vacuum pumping and heating up to 1250 1300 C. The final workpiece is obtained by heat treatment of rust steel parts. The 440C product prepared by the invention has high dimensional accuracy and surface accuracy, and stable product performance.

【技术实现步骤摘要】
一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法及其制品
本专利技术涉及金属粉末注射成形
，尤其涉及一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法及其制品。
技术介绍
金属粉末注射成形(MetalPowderInjectionMolding下称MIM或PIM)是一种新型粉末冶金近净成形技术。首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混炼成均匀的注射成形喂料，经制粒后在注射成形机上注射成形，获得的生坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终产品。在注射成形领域，不锈钢作为一种高合金含量的特殊钢种占有很重要的地位。它具有一系列优异的性能：极佳的耐腐蚀性、抗氧化性、漂亮的外观、高的抗张强度、韧性、抗冲击性等力学性能还具有无磁性(奥氏体不锈钢)和淬硬性(马氏体钢)。由于不锈钢难于机加工，所以许多不锈钢零件采用精密铸造技术生产。但精密铸造的不锈钢零件存在尺寸精度较差，表面粗糙，形状上受一定限制，易产生元素偏析，有缩孔、砂眼等不足之处。金属注射成形(MIM)技术最适于大批量生产三维复杂形状的零件，用MIM制造的不锈钢，烧结密度可达理论密度的95-100％，力学性能和耐蚀性均有较大提高，工业规模生产的MIM不锈钢零件尺寸精度达士0.3-0.5％，一般不需要后续机加工，力学、耐蚀、表观等性能均与熔锻不锈钢相当，因此用注射成形方法制备不锈钢非常有前景。MIM不锈钢部件已应用于汽车零件(如点火室、充气囊轴、充气囊销等)、航空航天部件、小型机械零件、牙矫正托套、外科手术机械、医用气体集流腔、电动牙刷齿轮、手表壳带、眼镜框、锁芯、驱动盘轴壳、半导体生产设备和加工工具、日用镊、钳、钻等工具、饮料分装系统的“丁”字和“十”接头、轴承保持架、阀件、装饰件等等。440C不锈钢是种高碳不锈钢，440C钢用于要求高硬度(52或57HRC)以及缓和的环境中的耐蚀性，应用例子是切削刀片、手术器械、工具、轴承以及泵和阀的耐磨损件。据文献报道440C不锈钢很难烧结是因为其在烧结时容易在晶界形成连续的碳化物网络结构，因此440C不锈钢很少用粉末冶金方法生产。并且440C不锈钢的烧结温度区间非常窄，通常只有5-10℃，因此一般在碳中性的气氛下，即氢气、氮气和N2/H2混合气氛下烧结，其目的是为了尽可能精确控制粉末的碳含量，因为碳含量的波动严重影响烧结行为，容易产生烧结变形。440C不锈钢粉末为合金粉，在烧结过程中有可能实现超固相液相烧结。由相图可知440C不锈钢的固相线很平，因此烧结时一个较小的温度变化将引起液相量较大的变化，从而对材料的密度、尺寸精度控制和变形控制产生影响。关于注射成形440C不锈钢的研究较少，研究工作主要集中于对各种工艺的研究包括烧结温度、烧结时间、冷却速率和热处理条件对440C不锈钢的硬度的影响，然而并未对MIM440C不锈钢烧结变形控制进行深入研究，在烧结过程中可能同脱碳等导致碳含量的波动，影响产品的尺寸精度，其烧结变形控制一直是个难点，因此440C不锈钢烧结尺寸精度控制是个亟待解决的问题。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法，能够获得较高的尺寸精度和表面精度的440C不锈钢零件。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法，包括如下步骤：S1：在440C不锈钢粉末中额外增加0.5-1.5wt％含量的Mo并与粘接剂在混炼机上混炼后，冷却破碎制得喂料；S2：将喂料加入注射成形机内注射成形，制备出坯件；S3：将坯件进行脱脂处理，得到脱脂坯；S4：将脱脂坯进行预烧结得到预烧结坯；S5：将预烧结坯置于真空烧结炉内真空烧结，当温度升至900-1000℃时，通入CH4和H2混合气体，继续升温至1150-1200℃并保温，控制炉内压力为5-10万帕，混合气体中CH4的体积比为1-6％；接着抽真空，升温至1250-1300℃后，冷却得到440C不锈钢零件；S6：将440C不锈钢零件进行热处理，得到最终工件。其中，440C不锈钢预合金粉末以质量百分计包括如下组分：C：0.95～1.20％，Mo：1～2％，Ct：16.00～18.00％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.00％，S：≤0.030％，P：≤0.035％，余量Fe。预烧结的具体过程如下：以2～6℃/min加热至180～200℃，保温160～200分钟，再以2～6℃/min加热至300～400℃，保温160～200分钟，最后以2-10℃/min的升温速度升温至850-1000℃，并保温1-2h，得到预烧结坯。进一步的，440C不锈钢预合金粉末采用气雾化粉末。进一步的，粘接剂包括按重量百分比计的以下成分在140-160℃温度下混合1-2小时得到：75-85％POM，15-25％LDPE，1-3％EVA，2-5％SA。(POM：聚甲醛，LDPE：低密度聚乙烯酸，EVA：乙烯-醋酸乙烯共聚物，SA：海藻酸钠)进一步的，步骤S1喂料的具体制备过程为：按质量比17∶3～19∶1的比例分别称取440C预合金粉末和粘结剂进行混炼，混炼的温度为150～170℃，混炼机转速为50～70r/min，混炼时间2.5～3.5h，冷却破碎后制成喂料。进一步的，步骤S2中注射成形的注射温度控制在100-185℃，注射压力控制在11-13MPa，模温控制在100-110℃。进一步的，步骤S3脱脂温度控制在100-140℃，脱脂时间控制在10-14h；进一步的，步骤S6坯件热处理的具体工艺过程为：以2-8℃/min的升温速度升温至900-1050℃，保温1.5-3h后真空随炉冷至500-600℃，保温12-16h，然后开风机冷却至室温。进一步的，步骤S5两次抽真空的真空度控制在10-2Pa-10-4Pa。进一步的，上述注射成形步骤中粉末装载量(体积比)的大小为55-63％。进一步的，步骤S3中催化脱脂失重率控制在6.0-7.0％。一种440C不锈钢制品，采用上述方法制备得到。采用上述技术方案的440C不锈钢金属粉末注射成形方法，在440C中自身含有0.5wt％的Mo，又刻意添加0.5-1.5wt％的元素Mo，并预合金化制备成气雾化粉末，因为440C不锈钢的烧结是超固相烧结(SLPS)，为提高其烧结密度，需要借助液相烧结，但是其烧结温度区间非常窄，通常只有5-10℃，液相量不易控制。从附图4中440C不锈钢Fe-Cr-C的三元相图可以看出，低于固相线即S+γ+K2(碳化物)的温度，坯体处于固态烧结范围，这样烧结密度将会偏低；若要产生液相，烧结温度至少要在固相线之上，亦即在S+γ+K2的温度范围或更高，但过高的温度可能导致液相量过多，易造成晶粒粗化，甚至坯体因重力的影响而变形，此时如果有少量的稳定化合物如碳化物等分布于基体中，可帮助抑制晶粒的粗化。有文献指出当液相量固定时，细小的晶粒可以获得较多的晶界面积，故在晶界上的液相厚度也相对变薄，粉末和粉末之间的滑移和重排会被抑制，故细晶粒的坯体可以相对更好的维持其在液相烧结时的形状。本专利技术通过在440C不锈钢中额外添加合金元素Mo，烧结过程中形成的碳化物Mo2C，Mo2C的溶度积常数Ksp很小，故在440C不锈钢基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将440C不锈钢预合金粉末与粘接剂在混炼机上混炼后，冷却破碎制得喂料；S2：将喂料加入注射成形机内注射成形，制备出坯件；S3：将坯件进行脱脂处理，得到脱脂坯；S4：将脱脂坯进行预烧结得到预烧结坯；S5：将预烧结坯置于真空烧结炉内真空烧结，当温度升至900‑1000℃时，通入CH4和H2混合气体，继续升温至1150‑1200℃并保温，控制炉内压力为5‑10万帕，混合气体中CH4的体积比为1‑6％；接着抽真空，升温至1250‑1300℃后，冷却得到440C不锈钢零件；S6：将440C不锈钢零件进行热处理，得到最终工件；其中，440C不锈钢预合金粉末以质量百分计包括如下组分：C：0.95～1.20％，Mo：1～2％，Cr：16.00～18.00％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.00％，S：≤0.030％，P：≤0.035％，余Fe。

【技术特征摘要】
1.一种440C不锈钢金属粉末注射成形方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将440C不锈钢预合金粉末与粘接剂在混炼机上混炼后，冷却破碎制得喂料；S2：将喂料加入注射成形机内注射成形，制备出坯件；S3：将坯件进行脱脂处理，得到脱脂坯；S4：将脱脂坯进行预烧结得到预烧结坯；S5：将预烧结坯置于真空烧结炉内真空烧结，当温度升至900-1000℃时，通入CH4和H2混合气体，继续升温至1150-1200℃并保温，控制炉内压力为5-10万帕，混合气体中CH4的体积比为1-6％；接着抽真空，升温至1250-1300℃后，冷却得到440C不锈钢零件；S6：将440C不锈钢零件进行热处理，得到最终工件；其中，440C不锈钢预合金粉末以质量百分计包括如下组分：C：0.95～1.20％，Mo：1～2％，Cr：16.00～18.00％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.00％，S：≤0.030％，P：≤0.035％，余Fe。2.根据权利要求1所述的440C不锈钢金属粉末注射成形方法，其特征在于：预烧结的具体过程如下：以2～6℃/min加热至180～200℃，保温160～200分钟，再以2～6℃/min加热至300～400℃，保温160～200分钟，最后以2-10℃/min的升温速度升温至850-1000℃，并保温1-2h，得到预烧结坯。3.根据权利要求1或2所述的440C不锈钢金属粉末注射成形方法，其特征在于：所述440C不锈钢预合金粉末采用气雾化粉末。4.根据权利要求1或2所述的440C不锈钢金属粉末注射成形方法，其特征在于：粘接剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：余勇，李益民，何浩，胡幼华，王志伟，
申请(专利权)人：湖南英捷高科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43