粉末冶金注射成形制备高强度不锈钢锁芯.pdf

第４卷第３期材料研究与应用Ｖ０１．４・Ｎｏ・３２０１０年９月ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳｅｐｔ．２０１０——文章编号：１６７３－９９８１（２０１０）０３０２１６０３粉末冶金注射成形制备高强度不锈钢锁芯陈强，罗锴，蔡一湘（广州有色金属研究院粉末冶金研究所。广东广州５１０６５０）摘要：用水雾化３１６Ｌ不锈钢粉．粉末填充量分别为５４％和５６％．以普通石蜡、低密度聚乙烯、聚丙烯℃和硬脂酸为粘结剂．对锁芯零件进行注射成形．零件经高温烧结，１０５０氮化处理后．其密度、强度及尺寸精度等指标均达到产品性能的要求．关键词：粉末冶金注射成形；不锈钢；烧结；氮化中图分类号：ＴＧｌ４２．７１文献标识码：Ａ不锈钢锁芯零件的结构复杂，传统的加工方法不适用于批量生产．若采用精密铸造，虽能减少一些加工量，但由于锁芯尺寸小，结构复杂，某些部分仍需借助于机械加工才能完成，也不适用于批量生产．采用粉末冶金注射成形（ＭＩＭ）工艺能较好地解决上述问题．采用ＭＩＭ制造的３１６Ｌ不锈钢制品，其气氛烧结密度可达理论密度的９５％～９９．５％，抗拉强度大于５００ＭＰａ，伸长率可达４５％以上［１］．而常规的真空烧结，其性能是达不到上述指标的，尤其是强度指标．因此，要通过特殊的渗氮强化处理【２：，提高成品的强度，以满足需要．１实验过程Ｉ．１原料ＭＩＭ工艺对原料粉末的成分、球形度、松装密度、摇实密度以及粒度等参数均有要求．作为工业生Ⅱ产我们选用邯郸埃斯尔公司生产的一３８ｍ水雾化３１６Ｌ不锈钢粉，其性能列于表１，粒度组成列于表２．收稿日期：２０１０－０１－０５作者简介：陈强（１９５６一），男，蘑庆人．高级工程师。学七．表１３１６Ｌ粉末的成分与性质Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ３１６Ｌｐｏｗｄｅｒ表２３１６Ｌ粉末的粒度及粒度分布Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ３１６Ｌｐｏｗｄｅｒ注：１）ｄ５０＝１３．７１／．Ｌｍ万方数据第４卷第３期陈强．等：粉末冶金注射成形制备高强度不锈钢锁芯１．２模具设计零件形状如图１所示．模具设计为一模二腔，一次注射成形二件．活动—芯轴浇口流道为ＡＡ方向．转动芯轴分模面为大小台阶接合面．图１锬芯零件图Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｐａｒｔｏｆｌｏｃｋｉｎｇｈａｒｔ１．３工艺流程将所选用的３１６Ｌ粉末，分别以５４％和５６％两种填充量进行填充，用普通石蜡、低密度聚乙烯、聚℃丙烯和硬脂酸组成粘结剂．在２００下将粉末与粘结剂在捏合机中进行混炼．冷却后破碎制粒，进行注射成形．零件先经庚烷溶剂脱脂，再在真空炉中同时进行热脱脂和烧结．在烧结温度下保温一段时间后随炉降温冷却，当温度到达设定值时，在炉中充人氮气，对零件进行氮化处理．在用户自制的扭矩测试仪上测定静扭矩．２结果与讨论２．１粉末填充量对零件成形的影响２．１．１对注形的影响对新混的料而言，粉末的填充量对注形的影响不大。但对二次料（即浇口破碎后的料）注形的影响较大．当填充量为５６％时，在注形过程中会出现塑化困难。填充闭合不完全、裂纹等问题。而采用５４％的粉末填充量，不但二次料而且三次料也能很Ａ好地注形，这样就提高了混合料的利用率，减少废料的产生．在实际生产中，粉末的填充量越大，烧结时零件的收缩率就越小，变形也就越小．因此，在注形工艺允许的前提下，应尽可能提高粉末的填充量．２．１。２对烧结尺寸的影响在同一温度下烧结时，填充量大，烧结成品的尺寸会偏大．为保证零件的尺寸精度，应根据填充量适当调整烧结温度。填充量为５４％时，烧结温度为℃１３６０；填充量为５６％时，烧结温度为１３８０＂－－１３９０℃。不同填充量零件的密度和尺寸精度列于表３．表３不同填充量的零件密度、硬度和尺寸精度Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｐａｒｔｄｅｎｓｉｔｙ．ｈａｒｄｎｅｓｓ・ａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ—ａｃｃｕｒａｃｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＩｏｃｄｉｎｇ万方数据２１８材料研究与应用２．２氮化温度对强度的影响氮化温度与断裂扭矩的关系列于表４．由表４可见，随着氮化温度的提高，断裂扭矩也不断提高．这是由于充氮（氮化）温度越高，氮化过程进行得越快；氮化温度越高，在随炉冷却进行氮化时的氮化时间就越长，氮化效果也就越好．根据用户对断裂扭矩的要求，结合表４的实验数据，确定充氮工艺为在℃１０５０下充氮并随炉冷却．表４氮化温度与断裂扭矩的关系Ｔａｂｌｅ４Ｔｈｅｎｉｔｒｉｄｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｕｐｔｕｒｅｏｆｔｏｒｓｉｏｎａｌｍｏ・ｍｅｎｔ２．３烧结变形的控制对尺寸精度的控制是零件制造过程中的重要环节．该零件主要是对锁芯外径公差的控制．由于活动芯轴有内十字盲孔，壁厚相差较大，烧结时外径易椭，因而超差；由于转动芯轴有大台面的９。斜面以及四个键槽，令摆放时重心偏离转动芯轴的中心，有可能会引起较大的变形．为了使烧结收缩时各方向的阻力尽量一致，应选择合适的填料．通过摸索实验，我们选用粗颗粒的氧化铝，较好地解决了烧结收缩变形的问题，零件的变形量控制在允许的范围内．３结论“（１）采用－－３８ｍ的水雾化３１６Ｌ不锈钢粉末进行锁芯零件的注射成形是可行的，而且成本低廉，工业生产过程易于控制．（２）采用蜡基组元的粘结剂配方，不锈钢粉末的填充量为５４％和５６％的工艺方案是可行的．（３）采用高温氮化技术，极大地提高了零件的强度．采用本工艺所生产的锁芯密度大于７．６ｇ／ｃｍ３，尺寸精度±℃０．３％，在１０５０下对其进行充氮强化，断裂扭矩可达２５Ｎ・ｍ以上，达到了设计要求．参考文献：Ｅ１］李松林．曲选辉．李益民．等．国外注射成形不锈钢研究—的进展［Ｊ］．粉末冶金工业．２００１。１１（３）：１８２２．［２］曹永录．刘德义．刘世程．等．奥氏体不锈钢固溶渗氮研—究［Ｊ］．大连铁道学院学报．２００５．２６（４）：７６７８．—ＬｏｃｋｃｏｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙＭＩＭｗｉｔｈ３１６ＬｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＣＨＥＮＱｉａｎｇ．ＬＵＯＫａｉ．ＣＡＩ—Ｙｉｘｉａｎｇ（ＧｕａｎｇｚｈｏｕＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ—ＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６５０．Ｃｈｉ心口）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｒｔｓｏｆｌｏｃｋｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｅｔａｌｉｎｊｅｃｔｉｎｇｍｏｄｌｉｎｇ（ＭＩＭ）ｗｉｔｈ—ｗａｔｅｒａｔｏｍｉｚｉｎｇ—Ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｐｏｗｄｅｒｗｈｉｃｈｗａｓｌｏａｄｅｄｗｉｔｈ５４％－－一５６％，ａｎｄｕｓｉｎｇｃｏｍｍｏｎｐａｒａｆｆｉｎ，ｌｏｗｄｅｎｓｅｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅａｎｄｓｔｅａｒｉｃａｃｉｄａｓｂｉｎｄｉｎｇａｇｅｎｔ．Ｔｈｅｐａｒｔｓｗｅｒｅｓｉｎｔｅｒｅｄａｎｄｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｎｉｔｒｉｄｉｎｇａｔ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ℃１０５０．Ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙ．ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗｅｒｅｕｐｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆ—ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌｉｎｊｅｃｔｉｎｇｍｏｄｌｉｎｇ（ＭＩＭ）；ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ万方数据