金屬注射成形較大尺寸件工藝研究.pdf

1、金屬注射成形技術(shù)作為粉末冶金領(lǐng)域一門新型近凈形成形技術(shù)，以其在低成本大批量制備幾何形狀復(fù)雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的機(jī)械零部件方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”。然而國(guó)際上目前技術(shù)只能制備厚度在10mm以下(且多為5mm)，力學(xué)性能不高和精度低的MIM產(chǎn)品，無(wú)法滿足現(xiàn)在市場(chǎng)上急需應(yīng)用金屬注射成形技術(shù)加工形狀復(fù)雜的較大尺寸件(最小厚度在20～30mm以上)的要求。本文探討了一種金屬注射成形較大尺寸件的技術(shù)路線，包括粗粉末

2、金屬注射成形工藝性能、較大尺寸件的熱脫脂機(jī)理、不同粒度粉末燒結(jié)件致密化過(guò)程對(duì)性能和組織的影響及粗粉末強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)、粗水霧化MIM316L不銹鋼耐腐蝕性能等五部分。通過(guò)金相顯微技術(shù)、掃描電鏡分析、熱重分析及差熱分析等現(xiàn)代分析手段開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)工作及理論分析?！　⊙芯苛艘粤捷^大的國(guó)產(chǎn)水霧化-100目(中位徑為65.71μm)、-200目(26.69μm)和-400目(19.25μm)316L不銹鋼粉末為原料制備MIM較大尺寸件技術(shù)路線

3、的可行性。實(shí)驗(yàn)表明，金屬注射成形較大尺寸件用水霧化粗粉末以55％的裝載量與蠟基粘結(jié)劑制得的喂料，通過(guò)正交設(shè)計(jì)阿基米德螺旋流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，可以得到較優(yōu)的注射工藝參數(shù)，大大提高粗水霧化不銹鋼喂料的流動(dòng)性。注射成形后的生坯經(jīng)脫脂后在1360℃溫度下燒結(jié)lh，其綜合力學(xué)性能值接近或達(dá)到美國(guó)MPIF標(biāo)準(zhǔn)值。其中-400目粉末燒結(jié)件相對(duì)密度為97％，力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度549MPa，屈服強(qiáng)度210MPa，延伸率60.5％，饅度59.1HRB，完全可以勝

4、任MIM316L材料作結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能的使用要求。　　采用粒徑較粗的-200目和-400目粉末喂料進(jìn)行了較大尺寸件成形，并在脫脂臨界厚度理論的指導(dǎo)下，制定和優(yōu)化了熱脫脂工藝路線。實(shí)驗(yàn)表明，在同樣的工藝條件下，-200目粉末的脫脂零件厚度可以達(dá)到20mm(直徑為32mm,下同)，而-400目粉末則為15mm，這說(shuō)明了粗粉末能有效的解決金屬注射成形較大尺寸件的脫脂問(wèn)題，并從實(shí)踐上證明了臨界脫脂厚度理論的正確性。 對(duì)平均粒徑分別為6

5、5-71μm、26.69μm、19.25μm的國(guó)產(chǎn)水霧化粉，9.95μm的進(jìn)口氣霧化粉，9.57 μm、7.84μm、5.94μm的進(jìn)口球化水霧化細(xì)粉等七種不銹鋼粉末進(jìn)行了金屬注射成形，在1350℃、1360℃和1375℃三個(gè)燒結(jié)溫度下燒結(jié)1h，并得到了各種粉末的最佳燒結(jié)工藝條件。結(jié)果表明：燒結(jié)溫度顯著影響粉末燒結(jié)致密化過(guò)程及其力學(xué)性能，粉末特性從本質(zhì)上決定了粉末燒結(jié)致密化驅(qū)動(dòng)力的大小。粉末粒度越小，粉末越不規(guī)則，則粉末燒結(jié)活性越高。結(jié)

6、合對(duì)粗水霧化MIM316L不銹鋼耐腐蝕性能的研究，可知國(guó)產(chǎn)水霧化26.69μm和19.25μm粉末在1360℃溫度下燒結(jié)lh，綜合力學(xué)性能較好，同時(shí)其耐腐蝕性能最佳，大大好于MIM工業(yè)生產(chǎn)用Osprey氣霧化粉末。因此-200目和-400目粉末具有最佳的力學(xué)性能與耐腐蝕性能等綜合使用性能，通過(guò)對(duì)其工藝優(yōu)化，可以代替氣霧化粉末在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 研究了金屬注射成形較大尺寸件用粗粉末的強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)，在-100目的

7、粗粉末中加入25wt％的細(xì)粉末PF-20R，以55％的粉末裝載量注射成形后，經(jīng)脫脂后在1360℃溫度下燒結(jié)1h。結(jié)果表明：-100目粗粉末在只提高22％單位成本的基礎(chǔ)上，其抗拉強(qiáng)度比原來(lái)提高了55％，屈服強(qiáng)度提高了58.6％，延伸率提高了70.3％；與進(jìn)口球形細(xì)粉末PF-20R相比，原料成本降低了50％，且其力學(xué)性能達(dá)到或超過(guò)了進(jìn)口粉末的水平，其中延伸率高出了50％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與雙粒度燒結(jié)理論模型吻合的很好。這樣找到了一條提高較大尺寸金屬