不锈钢较粗粉末的注射成形.pdf

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.03.009 第18卷第3期北京科技大学学报 Vol.18 No.3 1996年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jm1996 不锈钢较粗粉末的注射成形贾成厂山吕效森2)解子章) 朱家喜》 1)北京科技大学材料科学与L程系，北京1000832)北京硬质合金厂3)湖北安陆铝厂摘要研究了粒度为一200目的不锈钢316粉末的注射成形.通过原材料的选择、注射成形工艺和性能测试等实验工作发现，用较粗粉术（较一般注射成形用粉末粒度而言）作注射成形，也可以得到密度较高的制品，并且有较稳定的收缩率，很好的韧性和硬度.说明用不锈钢粉末注射成形法制造生产实际中的零件是完全可行的· 关键词注射成形，不锈钢，粉末冶金中图分类号TF124.3 金属粉末注射成形(Mcta!Injection Molding)是一种综合塑料注射成形技术和粉末冶金高温烧结技术的新型工艺·它是将细的金属粉末与粘结剂均匀混合而成为在加热状态下具有流变性的膏状物，然后像塑料那样注射成形；去除粘结剂后烧结，产生显著收缩而达到致密化，采用MM的方法，可以生产出形状复杂，性能优良的零件，带有内外螺纹的零件可以一次成形出来斗.在注射成形时，压力通过液态传递，可以使制品达到均匀和高的密度，相对密渡可达5% 以上，且品粒细小，组织均匀·这种方法可以获得优良的物理和力学性能的产品，其屈服强度、抗拉强度、韧性、耐腐蚀性等都高于或相当于铸造和锻造制品)，此外，注射成形还有其他诸如尺寸偏差小、材料范围宽、适合于小型批量生产等一系列优点· 目前，在国外注射成形技术已成为一种具有经济效益的生产技术，涉及领域较广.而国内只有少数厂家和单位进行注射成形的研究和生产，且多数限于硬质合金，这与国外迅猛发展的状况是不相适应的，另外，在现行的注射成形技术中，大多使用高价的细粉末，这是限制注射成形技术发展的重要因素之一，本工作选择了-200目的不锈钢316粉末，对其进行了注射成形的研究. 1试验方法工艺流程为：君有剂卜混料一注射成形一茶取（除蜡）·烘干·预烧→烧结·（性能测试）原材料粉末采用冶金部钢铁研究总院生产的-200目水雾化不锈钢粉，名称为FJ316. 粘结剂采用低压聚乙烯塑料和40号石蜡. 配料：金属粉末90%，粘结剂10%，混料使用上海塑料机械厂的双辊筒炼塑机· 混料工艺如下：将两转辊加热到一定的温度，并使两辊以不同的速度向内转动.调节两辊间距到适当，将粘结剂放人两辊之间，使之熔化，加人不锈钢粉末·经过两辊间的反复挤轧混合直 1995-10-10收稿第一作者男46岁博士后副教授

第 18 卷第 3 期 1 9 96 年 6 月北京科技大学学报 oJ u m a l o f U n i v e sr ity o f S d en 优 a dn 于戈h n o l o g y eB ij i n g V o l . 18 N o . 3 J . 几 19 9 6 不锈钢较粗粉末的注射成形贾成厂 ” 吕效森 2) 解子章 ’ ) 朱家喜 3) l) 北京科技大学材料科学与工程系 , 北京 l以刃83 2 )北京硬质合金厂 3) 湖北安陆铝厂摘要研究了粒度为一 2以〕目的不锈钢 316 粉末的注射成形 . 通过原材料的选择、注射成形工艺和性能测试等实验工作发现 , 用较粗粉末 (较一般注射成形用粉末粒度而言 ) 作注射成形 , 也可以得到密度较高的制品 , 并且有较稳定的收缩率 , 很好的韧性和硬度 . 说明用不锈钢粉末注射成形法制造生产实际中的零件是完全可行的 . 关键词注射成形 , 不锈钢 , 粉末冶金中图分类号 T F 124 3 金属粉末注射成形 ( M et al Inj ce it o n M ol id n g ) 是一种综合塑料注射成形技术和粉末冶金高温烧结技术的新型工艺 . 它是将细的金属粉末与粘结剂均匀混合而成为在加热状态下具有流变性的膏状物 , 然后像塑料那样注射成形 ; 去除粘结剂后烧结 , 产生显著收缩而达到致密化 . 采用 M IM 的方法 , 可以生产出形状复杂 , 性能优良的零件 . 带有内外螺纹的零件可以一次成形出来 [ ’ , ’ 1 . 在注射成形时 , 压力通过液态传递 , 可以使制品达到均匀和高的密度 , 相又招渡可达95 % 以上 , 且晶粒细小 , 组织均匀 . 这种方法可以获得优良的物理和力学性能的产品 , 其屈服强度、抗拉强度、韧性、耐腐蚀性等都高于或相当于铸造和锻造制品 13 . 此外 , 注射成形还有其他诸如尺寸偏差小、材料范围宽、适合于小型批量生产等一系列优点 . 目前 , 在国外注射成形技术已成为一种具有经济效益的生产技术 , 涉及领域较广 . 而国内只有少数厂家和单位进行注射成形的研究和生产 , 且多数限于硬质合金 , 这与国外迅猛发展的状况是不相适应的 . 另外 , 在现行的注射成形技术中 , 大多使用高价的细粉末 , 这是限制注射成形技术发展的重要因素之一 . 本工作选择了一 2田目的不锈钢 31 6 粉末 , 对其进行了注射成形的研究 . 1 试验方法工艺流程为: 粉末粘结剂卜混料 ~ 注射成形一萃取滁蜡 ) 一烘干一预烧一烧结 ~ 胜能测试 ) 原材料粉末采用冶金部钢铁研究总院生产的一 2《X) 目水雾化不锈钢粉 , 名称为曰3 16 . 粘结剂采用低压聚乙烯塑料和 40 号石蜡 . 配料 : 金属粉末卯 % , 粘结剂 10 % ; 混料使用上海塑料机械厂的双辊筒炼塑机 . 混料工艺如下: 将两转辊加热到一定的温度 , 并使两辊以不同的速度向内转动 . 调节两辊间距到适当 , 将粘结剂放人两辊之间 , 使之熔化 , 加人不锈钢粉末 . 经过两辊间的反复挤轧混合直 I卯5 一 10 一 10 收稿第一作者男 46 岁博士后副教授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 03. 009

. 24 2 · 北京科技大学学报 19 96 年 N o . 3 至不锈钢粉末与粘结剂混合均匀 . 注射成形采用宁波永泰塑料机械有限公司生产的立式塑料注射成形机 . 将混合料装人缸体 , 对缸体进行加热 , 使料达到一定的粘度和流动性 . 由柱塞下压 , 使混合料进入模具成形 . 注射成形的参数为: 注射温度 2以) 一 2 10 ℃ , 注射压力 .7 2 M F恤 , 注射时间 35 . 粘结剂的去除分为两步 : 第一步用有机溶剂室温浸泡 4 h , 除去石蜡 ; 然后将成形坯放入干燥器中干燥 , 温度 150 ℃ , 时间 3 h . 第二步预烧除去残留石蜡和塑料 . 预烧工艺如图 1 所示 . 将试样放人真空炉中预烧 , 烧结过程中不断抽真空 . 烧结程序由微机自动控制 . 在预烧的过程中 , 粘结剂不断地挥发逸出 , 同时金属粉末互相联结 . 预烧结后的试样放入真空炉中烧结 , 工艺如图 2 . 1 4( 幻炉冷 1 3(叉〕尸 g 3(X) 尸 1姗 9 1 1加 2粼) ’t/ r n m 印 120 1 80 24() 引】〕 3印 t / n 刀1 1 仆小J 日什践l 八U n à - nUǎ “ 勺且. 甲. 1| ù一,、 `1, 图 1 预烧工艺图 2 烧结工艺图 2 结果与分析 ( 1) 收缩率表 1 给出了试样烧结后的收缩率 . 从表 1可以看出 , 注射成形产品在三维方向上的收缩基本相同 , 这与一般粉末冶金制品有明显的差别 . 这是因为在注射成形时所受的是等静压力 , 各方向上的密度均匀 , 收缩也相同 . 另外 , 注射成形制品的收缩率较大 , 这是由于粘结剂的加人量较大 . 在保证能顺利注射成形和密度均匀的前题下 , 应尽量减少粘结剂的比例 . 表 1 试样烧结后的收缩率试样编号烧结前尺寸 / n ” n 长宽高烧结后尺寸 / ~ 长宽高收缩率 / % 长宽高平均 35 . 10 35 . 30 抖名8 35 . 10 5 . 12 5 . 10 17刀 5 . 02 .5 田 16 . 5 5 . X() 5刀2 17石 5D 5 5 . 04 172 16 3 16 4 17刀 1 7名 17乃 17刀 17 2 173 的0810 乙`U了田的1012 O `曰`U了O 42 . 28 423 0 4 2 . 32 423 0 ( 2 ) 密度将试样先在空气中称重 , 然后在液体中称重 , 用下面公式计算出密度 : d = m : p /( m : 一 m Z )

24 北京科技大学学报通过注射成形达到较高的密度 , 并且硬度、强度等性能可以达到或接近铸造产品射成形工艺的成本 , 推动这一技术的发展能起到一定的作用 . 199 6 年 N O . 3 . 这对于降低注 ( 2) 粗粉注射成形产品的收缩率比细粉的相应收缩率要低参考文献 E r i e k s o n A R , Wi e c h R W . M e t a l s H a n d b o o k . g t h E d . A S M , 1 9 84 , 7 : 4 9 1 G e r m a n R M . P o w d e r I nj e e t i o n M o ld i n g . P r i n e t o n : M e t a l P o w d e r I n d us t r y 1 990 . 3 2 1 一 3 46 Z h a n g H , G e r m a n R M . S i n t e r i n g T e m P e r a t u r e a n d M e e h a n ica l P r o P e r t i e s M o l d e d F e 一 ZN i S t e e l . P o w d e r M e t a l l I n t , 19 90 , 22 ( 6) : 1 5 一 17 F e d e f a ti o n o f I nj e e t i o n I nj e e t i o n M o l d i n g o f C o a r s e r S t a i n l e s s S t e e l P o w d e r J i a C h e n 夕e h a n g ’ ) L u iX a o s e n Z ) iX e Z i z h a n a ’ ) Z h u 了i a x i 3 ) l ) D e P a rt m e n t o f M a t e r j a l s S c i e n eC a n d E n g i n e e r i n g , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , p R C 2 ) B e l j i n g H a r d A l l o y F a e t o r y 3 ) H u b e i A n l u A l u m i n u m F a e t o 卿 A B S T R A C T T h e i nj e c t i o n mo ld i n g o f s t a i n les s s t e e l 3 16 P o w d e r ( 一 2 0 0 m e s h ) 1 5 s t u d i e d . T h r o u g h t h e e l e e t i o n o f m a t e r i a l s , P r o e d u r e o f inj e e t i o n m o ld i n g a n d p r o p e r - t i e s me a s u r e me n t , t h e r es e a r c h w o r k 1 5 fo u n d t h a t it 1 5 P o s s ib l e t o m a k e inj e e t i o n mo ld i n g u s i n g c o a sr e r P o w d e (r co m P a r i n g w it h t h e u s u a l inj e e t i o n mo l d i n g P o w d e r ) a n d t o g e t s a m P les w it h h i g h e r d e n s it y , s t a b l e s i n t e r i n g s h r i n k a g e , b e t t e r t e n a c i t y a n d h a r d n e s s . I t 1 5 fe a s ib l e t o P r o d u ce P r a e t ica l P a r t s w i t h t h e m e t h o d o f s t a i n l e s s s t e e l P o w d e r inj e e t i o n mo ld i n g . K E Y W O R D S inj e e t i o n m o ld i n g , s t a i n l e s s s t e e l s , P o w d e r me t a ll u r g y