一种粉末不锈钢的强化烧结方法技术

本发明专利技术提供了一种粉末３１６Ｌ不锈钢的强化烧结方法，其特征在于：在产品中加入适量、成分合理的烧结活化剂Ｃｕ↓［３］Ｐ或Ｆｅ－Ｍｏ－Ｂ，并制定合理的烧结工艺。活化剂为Ｃｕ↓［３］Ｐ：２～８ｗｔ％或Ｆｅ－Ｍｏ－Ｂ：２～８ｗｔ％；Ｃｕ↓［３］Ｐ中Ｐ含量为１３～１４％，Ｆｅ－Ｍｏ－Ｂ中Ｍｏ含量为３０～５５％，Ｂ含量为２～５％，将烧结活化剂预混到３１６Ｌ不锈钢粉中，用球磨机混料。烧结温度为１２００～１３５０℃，从室温经５５～６０分钟升温到５００℃，保温３０～４０分钟后继续升温，在１１０～１３０分钟后升温到烧结温度，保温８５～９５分钟，然后开始降温，经５５～６５分钟降温到８００℃，然后随炉冷却到室温。本发明专利技术的优点在于：活化剂添加量少，改善热塑性和热加工性，适合实际生产。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金
，特别是提供了一种粉末316L不锈钢的强化烧结方法。
技术介绍
粉末冶金316L不锈钢零件能否替代致密316L不锈钢零件取决于两个主要因素它的强度及耐腐蚀性。通常，粉末冶金结构零件组织内部有一定量的残留孔隙。这些残留孔隙会降低零件的强度。粉末冶金工艺不断发展，已有诸如温压、模壁润滑和合金化等技术可以在很大程度上消除这些残留孔隙，增加材料的强度。主要参考文献有Rutz H G，Harejjo F G，Luk S H.“Warm Compactioon Offers High Density at LowCost”.MPR，1994，49(9)40-47等。添加烧结助剂进行烧结，是运用最广、最简便、被研究最广泛的扩散强化烧结过程。如果烧结温度高于活化剂与基体金属共晶温度，就是液相强化烧结。关于所使用的烧结助剂，以前的研究主要集中在一元或二元上。一元的如B、Si、Al、Ni；二元如SiC、Cr3C2、CrB、Cu3P、Fe3P(主要文献有Molinari，A^Straffelini，G^Pieczonka，T^Kazior，J.Persistent liquid phase sintering of 316L stainless steel.International Journal of Powder Metallurgy，1998，v34，n221-28；Jensen，S K^Maahn，E.Sintering additive for liquid phase sintering of AISI 316L stainless steel.PowderMetallurgy World Congress，1994，VIII 2113-2116)。但这些烧结助剂都有各自的局限，如B含量超过在奥氏体中的溶解度时，会形成低熔点硼化物共晶，从而显著降低钢的热加工性和塑性(陆世英等.不锈钢.北京原子能出版社，1995)；Si含量的提高会使δ铁素体含量增加，同时金属间相也会迅速增多，从而影响钢的性能；而Al却很容易氧化；SiC陶瓷颗粒的加入则会影响不锈钢的塑性；Cr3C2、CrB不容易得到，且它们会使不锈钢的矫顽力随烧结温度升高而普遍降低；8-10％的P的加入又会使钢的延展性降低。有报导采用预合金化提高材料密度(Reen Orville W.Prealloyed stainlesssteel powder for liquid phase sintering.American Patent，US4014680.1977-03-29)，这种方法生产的烧结不锈钢密度超过理论密度的95％，但所加合金元素多而复杂(包括≤0.05％C，22～26％Cr，10～24％Ni，2.7～5％Mo，0.1～1％B，≤2.0％Mn，≤2.0％Si)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种粉末316L不锈钢的强化烧结方法。在有效地提高粉末冶金结构材料的密度的同时，解决了以前所加烧结助剂会降低材料的塑性和延展性，或预合金元素太多的问题，使之适合实际生产。本专利技术的构成在产品中加入适量、成分合理的烧结活化剂Cu3P或Fe-Mo-B，并制定合理的烧结工艺，具体方法如下1、活化剂用量Cu3P2～8wt％或Fe-Mo-B2～8wt％。2、活化剂的组成和制备Cu3P中P含量为13～14％，采用球磨法制备，粒度≤74μm；Fe-Mo-B中Mo含量为30～55％，B含量为2～5％，先采用高压水雾化法制备合金粉末，然后取≥150μm的粉末作为活化剂粗粉，小于150μm的粉末在酒精或其它有机溶液中球磨48～72小时，得到活化剂细粉。3、活化剂加入的方式将烧结活化剂预混到316L不锈钢粉中，用球磨机混料。球磨罐的转速为50～70转/分，研磨时间为45～65分钟。4、烧结温度及烧结制烧结温度为1200～1350℃。从室温经55～60分钟升温到500℃，保温30～40分钟后继续升温，在110～130分钟后升温到烧结温度，保温85～95分钟，然后开始降温，经55～65分钟降温到800℃，然后随炉冷却到室温。本专利技术的优点在于Cu3P做烧结助剂比国外文献(Datta，P^Upadhyaya，G S.Sintered duplex stainless steels from premixes of 316L and 434L powders with Cr sub 3Csub 2 and CrB.Transactions of the Indian Institute of Metals，2000，v53，n6605-610)的添加量少；Fe-Mo-B做烧结助剂时，Fe与基体元素相同，而Mo能形成和稳定铁素体相区，提高钢在还原介质中的耐蚀性，微量B可改善奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性，并改善热塑性和热加工性。在有效地提高粉末冶金结构材料的密度的同时，解决了以前所加烧结助剂会降低材料的塑性和延展性，或预合金元素太多的问题，适合实际生产。附图说明图1为本专利技术各烧结后样品在40％压下量时所需压缩压强，图中横坐标的1～10是各样品的序号，纵坐标为压缩压强(单位MPa)。所有样品均为1250℃温度下烧结的样品，其中，1#样品为预混0.2％W-special蜡，模具加热至130℃，粉加热至120℃，915MPa压制；2#样品为预混0.2％W-special蜡，模具加热至130℃，粉加热至120℃，801MPa压制；3#样品为预混0.2％W-special蜡，模具加热至130℃，粉加热至120℃，686MPa压制；4#样品为预混2％Fe-Mo-B(细)和0.2％EBS蜡，模具加热至110℃，粉加热至110℃，915MPa压制；5#样品为预混4％Fe-Mo-B(细)和0.2％EBS蜡，模具加热至110℃，粉加热至110℃，915MPa压制；6#样品为预混2％Fe-Mo-B(细)和0.2％EBS蜡，室温915MPa压制；7#样品为预混4％Fe-Mo-B(细)和0.2％EBS蜡，室温915MPa压制；8#样品为预混2％Cu3P和0.2％EBS蜡，模具和粉均加热至110℃，915MPa压制；9#样品为预混6％Cu3P和0.2％EBS蜡，模具和粉均加热至110℃，915MPa压制；10#样品为预混4％Cu3P和0.2％EBS蜡，室温915MPa压制。图2为本专利技术试样A和致密不锈钢试样电极化曲线叠加图。试样A的制备条件是内润滑0.2％EBS蜡；模壁润滑EBS蜡；压制压力915MPa；室温压制；烧结助剂6％Fe-Mo-B(细)；烧结温度1250℃；烧结密度7.69g/cm3。致密不锈钢的组成为73.329wt％Fe，17.410wt％Cr，7.891wt％Ni，0.478wt％Si，0.115wt％Mo，0.454wt％Cu，0.100wt％P，0.137wt％Al。在自配置类似人工汗液的溶液中作电极化实验，内有5wt％左右的NaCl，0.5wt％尿素和2wt％的乙酸钠，pH值测试约为7.9。具体实施例方式例1表1 不同Cu3P加入量时样品烧结前后密度变化(压制压力915MPa；内润滑0.2％EBS蜡；模壁润滑EBS蜡；温压温度模具130℃，粉120℃) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉末３１６Ｌ不锈钢的强化烧结方法，其特征在于：在产品中加入适量、成分合理的烧结活化剂Ｃｕ↓［３］Ｐ，并制定合理的烧结工艺，具体方法如下：　　　　ａ、活化剂用量：Ｃｕ↓［３］Ｐ：２～８ｗｔ％；　　　　ｂ、活化剂的组成和制备：Ｃｕ↓［３］Ｐ中Ｐ含量为１３～１４％，采用球磨法制备，粒度≤７４μｍ；　　　　ｃ、活化剂加入的方式：将烧结活化剂预混到３１６Ｌ不锈钢粉中，用球磨机混料，球磨罐的转速为５０～７０转／分，研磨时间为４５～６５分钟；　　　　ｄ、烧结温度及烧结制：烧结温度为１２００～１３５０℃，从室温经５５～６０分钟升温到５００℃，保温３０～４０分钟后继续升温，在１１０～１３０分钟后升温到烧结温度，保温８５～９５分钟，然后开始降温，经５５～６５分钟降温到８００℃，然后随炉冷却到室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：果世驹，杨霞，陈邦峰，胡学晟，魏延平，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]