粉末冶金注射成形制備高強度不銹鋼鎖芯

陳 強,羅 鍇,蔡一湘

(廣州有色金屬研究院粉末冶金研究所,廣東 廣州 510650)

粉末冶金注射成形制備高強度不銹鋼鎖芯

陳 強,羅 鍇,蔡一湘

(廣州有色金屬研究院粉末冶金研究所,廣東 廣州 510650)

用水霧化316L不銹鋼粉,粉末填充量分別為54%和56%,以普通石蠟、低密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸為粘結(jié)劑,對鎖芯零件進行注射成形.零件經(jīng)高溫?zé)Y(jié),1050℃氮化處理后,其密度、強度及尺寸精度等指標(biāo)均達到產(chǎn)品性能的要求.

粉末冶金注射成形;不銹鋼;燒結(jié);氮化

不銹鋼鎖芯零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳統(tǒng)的加工方法不適用于批量生產(chǎn).若采用精密鑄造,雖能減少一些加工量,但由于鎖芯尺寸小,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,某些部分仍需借助于機械加工才能完成,也不適用于批量生產(chǎn).采用粉末冶金注射成形(MIM)工藝能較好地解決上述問題.采用MIM制造的316L不銹鋼制品,其氣氛燒結(jié)密度可達理論密度的95%～99.5%,抗拉強度大于500 MPa,伸長率可達45%以上[1].而常規(guī)的真空燒結(jié),其性能是達不到上述指標(biāo)的,尤其是強度指標(biāo).因此,要通過特殊的滲氮強化處理[2],提高成品的強度,以滿足需要.

1 實驗過程

1.1 原 料

MIM工藝對原料粉末的成分、球形度、松裝密度、搖實密度以及粒度等參數(shù)均有要求.作為工業(yè)生產(chǎn)我們選用邯鄲埃斯?fàn)柟旧a(chǎn)的-38μm水霧化316 L不銹鋼粉,其性能列于表1,粒度組成列于表2.

表1 316L粉末的成分與性質(zhì)Table1 Chemicalcomposition and characteristicsof 316L powder

表2 316L粉末的粒度及粒度分布Table 2 The particle size and distribution of 316L powder

1.2 模具設(shè)計

零件形狀如圖1所示.

模具設(shè)計為一模二腔,一次注射成形二件.活動芯軸澆口流道為A—A方向.轉(zhuǎn)動芯軸分模面為大小臺階接合面.

圖1 鎖芯零件圖Fig.1 The part of locking hart

1.3 工藝流程

將所選用的316L粉末,分別以54%和56%兩種填充量進行填充,用普通石蠟、低密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸組成粘結(jié)劑.在200℃下將粉末與粘結(jié)劑在捏合機中進行混煉.冷卻后破碎制粒,進行注射成形.零件先經(jīng)庚烷溶劑脫脂,再在真空爐中同時進行熱脫脂和燒結(jié).在燒結(jié)溫度下保溫一段時間后隨爐降溫冷卻,當(dāng)溫度到達設(shè)定值時,在爐中充入氮氣,對零件進行氮化處理.在用戶自制的扭矩測試儀上測定靜扭矩.

2 結(jié)果與討論

2.1 粉末填充量對零件成形的影響

2.1.1 對注形的影響

對新混的料而言,粉末的填充量對注形的影響不大,但對二次料(即澆口破碎后的料)注形的影響較大.當(dāng)填充量為56%時,在注形過程中會出現(xiàn)塑化困難,填充閉合不完全、裂紋等問題。而采用54%的粉末填充量,不但二次料而且三次料也能很好地注形,這樣就提高了混合料的利用率,減少廢料的產(chǎn)生.在實際生產(chǎn)中,粉末的填充量越大,燒結(jié)時零件的收縮率就越小,變形也就越小.因此,在注形工藝允許的前提下,應(yīng)盡可能提高粉末的填充量.

2.1.2 對燒結(jié)尺寸的影響

在同一溫度下燒結(jié)時,填充量大,燒結(jié)成品的尺寸會偏大.為保證零件的尺寸精度,應(yīng)根據(jù)填充量適當(dāng)調(diào)整燒結(jié)溫度。填充量為54%時,燒結(jié)溫度為1360℃;填充量為56%時,燒結(jié)溫度為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Table 3 The part density,hardness,and dimensional accuracy with different locding

2.2 氮化溫度對強度的影響

氮化溫度與斷裂扭矩的關(guān)系列于表4.由表4可見,隨著氮化溫度的提高,斷裂扭矩也不斷提高.這是由于充氮(氮化)溫度越高,氮化過程進行得越快;氮化溫度越高,在隨爐冷卻進行氮化時的氮化時間就越長,氮化效果也就越好.根據(jù)用戶對斷裂扭矩的要求,結(jié)合表4的實驗數(shù)據(jù),確定充氮工藝為在1050℃下充氮并隨爐冷卻.

表4 氮化溫度與斷裂扭矩的關(guān)系Table 4 The nitride temperature and rupture of torsional moment

2.3 燒結(jié)變形的控制

對尺寸精度的控制是零件制造過程中的重要環(huán)節(jié).該零件主要是對鎖芯外徑公差的控制.由于活動芯軸有內(nèi)十字盲孔,壁厚相差較大,燒結(jié)時外徑易橢,因而超差;由于轉(zhuǎn)動芯軸有大臺面的9°斜面以及四個鍵槽,令擺放時重心偏離轉(zhuǎn)動芯軸的中心,有可能會引起較大的變形.為了使燒結(jié)收縮時各方向的阻力盡量一致,應(yīng)選擇合適的填料.通過摸索實驗,我們選用粗顆粒的氧化鋁,較好地解決了燒結(jié)收縮變形的問題,零件的變形量控制在允許的范圍內(nèi).

3 結(jié) 論

(1)采用-38μm的水霧化316L不銹鋼粉末進行鎖芯零件的注射成形是可行的,而且成本低廉,工業(yè)生產(chǎn)過程易于控制.

(2)采用蠟基組元的粘結(jié)劑配方,不銹鋼粉末的填充量為54%和56%的工藝方案是可行的.

(3)采用高溫氮化技術(shù),極大地提高了零件的強度.采用本工藝所生產(chǎn)的鎖芯密度大于7.6 g/cm3,尺寸精度±0.3%,在1050℃下對其進行充氮強化,斷裂扭矩可達25 N·m以上,達到了設(shè)計要求.

[1]李松林,曲選輝,李益民,等.國外注射成形不銹鋼研究的進展[J].粉末冶金工業(yè),2001,11(3):18-22.

[2]曹永錄,劉德義,劉世程,等.奧氏體不銹鋼固溶滲氮研究[J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報,2005,26(4):76-78.

Lock-core prepared by MIM with 316L stainless steel

CHEN Qiang,LUO Kai,CAI Yi-xiang
(Guangzhou Research Institute of Non-f errous Metals Pow der Metallurgy Research Institute,Guangzhou510650,China)

The parts of lock were prepared by metal injecting modling(MIM)with water-atomizing stainless steel powder which was loaded with 54%～56%,and using common paraffin,low dense polyethylene,polypropylene and stearic acid as binding agent.The parts were sintered and followed by nitriding at temperature of 1050℃.The density,strength and dimension precision were up to the requirement of products.

metal injecting modling(MIM);stainless steel;sintering;nitriding

TG142.71

A

1673-9981(2010)03-0216-03

2010-01-05

陳強(1956—),男,重慶人,高級工程師,學(xué)士.