一种注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种注射成形制备FeMnAlC合金的方法，属于金属粉末注射成形工艺技术领域。包括以下步骤：S1、采用气雾化法制备铝粉，采用机械粉碎法制备微碳锰铁合金粉，向铝粉、微碳锰铁合金粉中加入粘接剂后混合；S2、混炼，造粒制成喂料；S3、将粒状喂料加热，通过注射机注入得到坯体，将粘接剂脱除得到脱脂坯；S4、脱脂坯在保护气体氛围下1230～1250℃烧结，降温至1000～1100℃下进行淬火，500～600℃下热处理，打磨得到强韧化FeMnAlC合金。本发明专利技术制备的FeMnAlC合金能够解决高碳高合金、薄壁件成形困难以及组织不均匀的问题，提高FeMnAlC合金件的成形效率及组织均匀性。件的成形效率及组织均匀性。件的成形效率及组织均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法


[0001]本专利技术涉及金属粉末注射成形工艺
，更具体的涉及一种注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法。

技术介绍

[0002]汽车整车重量直接影响燃料的消耗量，重量降低10％，所消耗燃油的效率就能提高7％，因此汽车等交通运载工具的轻量化具有重要意义。针对汽车轻量化和高安全性能的要求，制备具有强度和塑性良好结合的汽车用先进高强钢具有重大意义。
[0003]研究表明每向钢中加入1％的Al，钢的密度量会减小0.101g/cm3，即密度降低了1.5％；而每添加1％的C，钢铁的密度量就会减小0.41g/cm3，即密度降低了5.3％。FeMnAlC合金钢是一种在高锰钢的基础上增加Al和C的含量，开发出的一种兼具低密度、高强度、高塑性、耐蚀性等优点于一身的轻质钢。它具有良好的疲劳性能和良好的高温抗氧化性能，与此同时还具有较强的耐蚀性、耐磨性以及较高的硬度。FeMnAlC合金钢集优异的综合力学性能(屈服强度0.4～1.0GPa，抗拉强度0.6～1.3GPa)和显著的减重效果于一身。同时，FeMnAlC合金钢还具备其他的优良性能诸如在室温和低温下的高强度及高韧性，良好的疲劳性能和高温下的抗氧化性等。此外，FeMnAlC合金钢具备的时效硬化与碰撞时的能量吸收能力使其成为了一类具有广大潜力的高强度汽车钢。然而由于FeMnAlC合金钢碳、锰、铝元素的含量较高，成形过程中塑性变形较难，工件易于开裂，尤其薄壁复杂件难以成形。

技术实现思路

[0004]针对现有注射成形中高碳高合金钢、薄壁件成形困难的问题，本专利技术提供了一种注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法，用于解决高碳高合金钢、薄壁件成形困难的问题，同时利用成形件的余热消除注射成形件晶界富集的网络状碳化物，改善FeMnAlC合金钢中的Mn、Al、C元素的分布，进而提升FeMnAlC合金钢材料的力学性能。通过本专利技术制备的构件通过显微镜观察，没有出现孔洞、裂纹、气孔、夹渣等缺陷，组织细小且分布均匀，成形件的力学性能与热轧、锻造件相当，制备FeMnAlC合金构件的材料利用率和成形效率高，是一种高效清洁的制备技术。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]本专利技术提供一种注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、采用气雾化法制备并筛分得到球形铝粉，采用机械粉碎法制备得到微碳锰铁合金粉，向球形铝粉、微碳锰铁合金粉中加入粘接剂后进行密封混合得到混合粉料；
[0008]S2、将混合粉料进行混炼，然后造粒制成喂料；
[0009]S3、将喂料加热至具有流动性，通过注射机注入模腔得到坯体，冷却后取出，将粘接剂脱除得到脱脂坯；
[0010]S4、将脱脂坯在保护气体氛围下1230～1250℃进行烧结，降温至1000～1100℃下进行淬火，淬火结束后在500～600℃下热处理，打磨得到强韧化FeMnAlC合金。
[0011]优选的，按质量百分数计，所述FeMnAlC合金的组成为Al：8～12％，Mn：20～30％，C：0.8～2％，余量为Fe；所述FeMnAlC粉末的密度为6.3～6.9g/cm3。
[0012]优选的，S1中，采用气雾化法制备球形铝粉的方法包括以下步骤：
[0013]将金属铝置于雾化制粉设备内，并进行预抽真空处理，向雾化室内充入保护气体作为雾化介质，加热熔化金属铝，熔融的金属铝下落分裂成小的金属液滴，逐渐球形化后筛分得到球形铝粉；
[0014]所述保护气体为氮气或氩气，雾化温度为700～740℃，气压设置为0.58～0.62MPa，导流管直径为5.5mm，球形铝粉的粒径为10～70μm。
[0015]优选的，S1中，采用机械粉碎法制备得到微碳锰铁合金粉的方法包括以下步骤：
[0016]将微碳锰铁合金置于砂磨机内，加入水和乙醇形成悬浮液浆料后进行循环砂磨，砂磨结束后降至室温后筛分得到微碳锰铁合金粉；
[0017]所述悬浮液浆料的质量浓度为8～12％，所述水和乙醇的体积比为8:1，砂磨的转速为1200r/min，微碳锰铁合金粉的粒径为10～70μm。
[0018]优选的，S1中，所述粘接剂的用量为FeMnAlC合金质量的0.1～0.5％；
[0019]按质量百分数计，所述粘接剂的组成为50～60％石蜡、20～30％聚乙烯、余量为矿物油。
[0020]优选的，S1中，所述密封混合的转速为40～100r/min，时间为2～4h。
[0021]优选的，S2中，所述混炼的温度为160℃，时间为3h，转速为50r/min，混合粉料的装载量为50％。
[0022]优选的，S3中，加热的温度大于150℃，注射机的注射压力为1～4KPa，温度为150～180℃，保压的时间为10～70s。
[0023]优选的，S4中，所述保护气体为氩气，烧结的时间为90min，热处理的时间为10～20h。
[0024]优选的，S4中，打磨依次在#240、#400、#600、#800、#1000、#1200、#1500、#2000的砂纸上进行打磨，再用金刚石抛光剂进行抛光。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术利用注射成形制造技术，并选择通过用气雾化法制备Al粉，用破碎法制备微碳锰铁合金粉，再通过鼓式混粉器将两种粉末混合制备FeMnAlC粉末，最后制备得到FeMnAlC合金成形件，制备的FeMnAlC合金钢构件致密度≥99％，硬度≥290HB，抗拉强度≥700Mpa(20℃)，致密度高、硬度大且具有优异的强度。
[0027](2)本专利技术注射成形后FeMnAlC合金钢构件微观组织中易出现网络状碳化物，聚集于晶界处，严重降低材料的力学性能；利用成形件自身的余热以一定的冷却方式冷却，可以有效抑制网络状碳化物的形成和聚集，提高FeMnAlC合金件的成形效率，并获得细小且均匀的组织和优异的力学性能，是一种高效节能的制造方法。
[0028](3)本专利技术提供的注射成形FeMnAlC合金方法，具有制备流程短、可以实现复杂几何形状构件的结构功能一体化制备的优点，通过本专利技术的工艺方法成功制备出硬度高、组织细小、结构复杂、强度高、韧性好的FeMnAlC合金成形件。
[0029](4)本专利技术利用气雾化法制备Al粉时，通入保护气体，高温加热的熔融金属液在下落过程中受到高速流体冲击剪切作用，分裂成小的金属液滴，然后在表面张力的作用下，形
成的金属液滴逐渐球形化，满足超细粒径粉末的使用要求；用破碎法制备微碳锰铁合金粉时，控制电机转速进行纳米粉碎，粉碎拿出干燥，获得分散性良好的产品。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1纯铝粉末的扫描电镜图；
[0031]图2为本专利技术实施例1微碳锰铁合金粉末的扫描电镜图；
[0032]图3为本专利技术实施例2制备得到FeMnAlC合金的扫描电镜图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用气雾化法制备并筛分得到球形铝粉，采用机械粉碎法制备得到微碳锰铁合金粉，向球形铝粉、微碳锰铁合金粉中加入粘接剂后进行密封混合得到混合粉料；S2、将混合粉料进行混炼，然后造粒制成喂料；S3、将喂料加热至具有流动性，通过注射机注入模腔得到坯体，冷却后取出，将粘接剂脱除得到脱脂坯；S4、将脱脂坯在保护气体氛围下1230～1250℃进行烧结，降温至1000～1100℃下进行淬火，淬火结束后在500～600℃下热处理，打磨得到强韧化FeMnAlC合金。2.根据权利要求1所述的注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法，其特征在于，按质量百分数计，所述FeMnAlC合金的组成为Al：8～12％，Mn：20～30％，C：0.8～2％，余量为Fe；所述FeMnAlC粉末的密度为6.3～6.9g/cm3。3.根据权利要求1所述的注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法，其特征在于，S1中，制备球形铝粉的方法包括以下步骤：将金属铝置于雾化制粉设备内，并进行预抽真空处理，向雾化室内充入保护气体作为雾化介质，加热熔化金属铝，熔融的金属铝下落分裂成小的金属液滴，逐渐球形化后筛分得到球形铝粉；所述保护气体为氮气或氩气，雾化温度为700～740℃，气压设置为0.58～0.62MPa，导流管直径为5.5mm，球形铝粉的粒径为10～70μm。4.根据权利要求1所述的注射成形制备强韧化FeMnAlC合金的方法，其特征在于，S1中，制备微碳锰铁合金粉的方法包括以下步骤：将微碳锰铁合金置于砂磨机内，加入水和乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，黄睿，刘世锋，魏瑛康，王建勇，张亮亮，贾文鹏，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：