CN102528016B - 金属注射成形用合金钢粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种金属注射成形用合金钢粉及其制备方法，解决满足注射成形工艺中高性能金属注射成形合金钢零件的合金钢粉的问题，其特征是合金钢粉的成份组成为，含Cr：15～20%，含Ni：10～20%，Mo：1～5%，含Si：0.6～0.9%，含Mn：0.1～0.5%，其余为Fe；通过熔化、造渣、保温、雾化、脱水、表面处理等工艺获得达到金属注射成形用的高标准要求的合金钢粉。

Description

金属注射成形用合金钢粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种金属注射成形用合金钢粉及其制备方法。

背景技术

采用粉末冶金方式获得的合金钢粉品种多样，由于成份组合差异，产品用途及制作方法都不相同，如专利公开号为CN101925683A的一种水雾化的预合金化铁基钢粉，按重量%计,包含0.4至2.0的Cr、0.1至0.8的Mn、少于0.1的V、少于0.1的Mo、少于0.1的Ni、少于0.2的Cu、少于0.1的C、少于0.25的O、少于0.5的不可避免的杂质，余量是铁。这是一种铁基粉末组合物，不能作为本发明所要求的金属注射成形用的合金钢粉。

如专利公告号为CN101695755A的一种雾化制备金属注射成形用合金粉末的方法，工艺流程为将合金原料在感应熔炼炉内，在1500-1700℃温度下熔融成钢液，以8-15公斤/分钟流量经漏包漏入雾化器，水流在50-120MPa高压下，经喷嘴将钢液流被击碎成平均粒径小于30μm的微细颗粒，再经固液分离、干燥、分级，配入其它合金成份粉末，制取多种合金成份的注射成形用雾化合金粉末。这种方法虽然描述了雾化法制备合金粉末的流程，但金属注射成形工艺对原材料粉末的要求较高，如粉末含氧量要低，否则在金属注射成形烧结工艺中粉末颗粒很难烧结在一起，该方法并没有降低粉末含氧量方面的技术措施。

再如专利公告号为CN101381867A的一种高碳合金钢工件表面修复的激光熔敷合金粉末，包的材料分配是NI:50-70；FE:10-30；CR:5-15；CU:10-30；B:0.1-5.0；SI:0.3-5.0；C:0.05-1.0。合金粉末是通过熔炼一惰性气体雾化法制备并直接用激光熔敷进行堆焊高碳钢类工作辊轴颈的修复。它涉及高碳合金钢工件表面修复技术，所用合金粉末针对高碳合金钢工件，并采用气雾化工艺获得，气雾化工艺和水雾化工艺有很大的差别，气雾化工艺采用惰性气体作为雾化介质，和金属液作用力没有高压水作为雾化介质大，因此气雾化制取的粉末粒度比较粗，平均粒度都在30微米以上，而注射成形工艺要求金属粉末平均粒度在15微米以下，因此单纯的气雾化工艺制备的粉末不适合注射成形工艺使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决和制取满足注射成形工艺中高性能金属注射成形合金钢零件的合金钢粉的问题，提供一种成份组成合理，制取方法科学的金属注射成形用合金钢粉及其制备方法，以制取平均粒度在15微米以下、含氧量在3000ppm以下、颗粒球形度高的合金钢粉末。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种金属注射成形用合金钢粉，其特征是合金钢粉的成份组成为，含Cr：15～20%，含Ni：10～20%，Mo：1～5%，含Si：0.6～0.9%，含Mn：0.1～0.5%，其余为Fe。

作为优选，所述的合金钢粉平均粒度在15微米以下。

作为优选，所述的合金钢粉含氧量在3000ppm以下。

金属注射成形工艺对原材料粉的要求较高，理想的注射成形粉末的粒径在30微米以下，平均粒径在15微米以下，含氧量在3000ppm以下，振实密度占理论密度的50%以上，粉末形状为类球形。如雾化制备金属注射成形用合金粉末的方法，只有制成粉末的粒径区间，并没有对振实密度、含氧量等关键技术参数进行研究，更没有影响到关键参数的工艺。这些关键参数恰是对金属注射成形粉末及其工艺至关重要，关系到金属注射成形制品的性能。

一种金属注射成形用合金钢粉的其制备方法，其特征在于以下步骤：

（一）、将原材料按配方比例投置到感应炉内，升温熔化原材料；

（二）、进行造渣，加入脱氧剂，静置5～10分钟；

（三）、将熔融的钢液在1650～1750摄氏度之间保温10至15分钟；

（四）、再将钢液以250～350千克每分钟的流量经漏包底部漏孔流下，从高压水泵出口流出的水流在100～150Mpa的高压下，经雾化喷盘上的喷嘴击碎流下的钢液柱，使钢液充分雾化进入雾化桶内；

（五）、把雾化后的粉浆进行脱水，经真空干燥处理之后，过400目筛网；

（六）、过筛后的粉末进行表面处理，在气流的吹送下，通过一段高温加热区域，粉末颗粒外表面局部熔化，在表面张力的作用下，收缩成类球形；

（七）、然后所得粉末经冷却区冷却后收集，过400目筛网后包装。

本发明在熔炼、雾化、干燥和表面处理各个工艺流程中都采取有效措施防止氧含量的上升，确保最终合金粉末含氧量达到金属注射成形的要求，金属注射成形工艺同时对原料粉球形度要求高，这样粉末的振实密度高，混炼工序中所需粘结剂少，在后续脱脂工艺中保形性好，烧结制品密度高。本技术方案中采用短时高温表面处理工艺，最终粉末球化率高，较好地解决了粉末表面球化的难题，满足注射成形工艺的要求。

作为优选，所述的升温熔化原材料时，在炉口处通入惰性气体进行防氧化保护。满足注射成形含氧量要求。

作为优选，所述的造渣后进行扒渣并检测合金成分，调整好合金成分。按成份组成比例进行调整，以达到最佳效果。

作为优选，所述的钢液雾化时，在雾化过程中雾化桶内充进氮气，以避免雾化时粉末的氧化。

作为优选，所述的过筛后的粉末进行表面处理中，所通过一段的高温加热区域温度为1000～1200摄氏度之间。

作为优选，所述的高温加热区域的加热过程中进行惰性气体保护。各工序中进行有效地采取措施，防止氧含量的上升，确保最终合金粉末含氧量达到金属注射成形的要求。

本发明的有益效果是：平均粒度达高标要求，各工序中采取有效防止氧含量上升，使最终合金粉末含氧量达到金属注射成形的高标准；合金钢粉球形度高，振实密度高，振实密度4.60g/cm3以上，流动性≤35s，混炼工序中所需粘结剂少，在后续脱脂工艺中保形性好，烧结制品具有高密度高质量。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例一种金属注射成形用合金钢粉及其制备方法，将330.5千克工业纯铁，5.45千克含钼55%的钼铁，75千克镍板，150千克含铬50%的铬铁，4千克硅片，1.25千克含锰40%的锰铁作为原料投置于感应炉中熔炼，并在炉口处通入惰性气体进行防氧化保护，并进行造渣，加入脱氧剂，静置10分钟；扒渣并测合金成分，调整好合金成分后，将钢液在1750摄氏度保温15分钟，然后以300千克每分钟的流量经漏包底部漏孔流下，进入雾化桶内，水流保持在130Mpa的高压下，将流下的钢液雾化。雾化后的粉浆进行脱水，经真空干燥处理后过400目筛网，过筛后的粉末在氩气的吹送下，通过一段温度为1080摄氏度的高温区域，颗粒表面局部熔化收缩成类球形，之后经冷却收集，过400目筛网后包装而成。

经本方法制作的合金钢粉采用注射成形工艺，经1320摄氏度真空烧结生产的制品，其密度在7.4 g/cm3以上，抗拉强度在800Mpa以上。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的成份组成、工艺均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属注射成形用合金钢粉，其特征是合金钢粉的成份组成为，含Cr：15～20%，含Ni：10～20%，Mo：1～5%，含Si：0.6～0.9%，含Mn：0.1～0.5%，其余为Fe，所述的合金钢粉含氧量在3000ppm以下。

2.根据权利要求1所述的金属注射成形用合金钢粉，其特征在于所述的合金钢粉平均粒度在15微米以下。

3.一种如权利要求1所述的金属注射成形用合金钢粉的制备方法，其特征在于以下步骤：

（一）、将原材料按配方比例投置到感应炉内，升温熔化原材料；

（二）、进行造渣，加入脱氧剂，静置5～10分钟；

（三）、将熔融的钢液在1650～1750摄氏度之间保温10至15分钟；

（四）、再将钢液以250～350千克每分钟的流量经漏包底部漏孔流下，从高压水泵出口流出的水流在100～150Mpa的高压下，经雾化喷盘上的喷嘴击碎流下的钢液柱，使钢液充分雾化进入雾化桶内；

（五）、把雾化后的粉浆进行脱水，经真空干燥处理之后，过400目筛网；

（六）、过筛后的粉末进行表面处理，在气流的吹送下，通过一段高温加热区域，粉末颗粒外表面局部熔化，在表面张力的作用下，收缩成类球形；

（七）、然后所得粉末经冷却区冷却后收集，过400目筛网后包装。

4.根据权利要求3所述的金属注射成形用合金钢粉的制备方法，其特征在于所述的升温熔化原材料时，在炉口处通入惰性气体进行防氧化保护。

5.根据权利要求3或4所述的金属注射成形用合金钢粉的制备方法，其特征在于造渣后进行扒渣并检测合金成分，调整好合金成分。

6.根据权利要求3或4所述的金属注射成形用合金钢粉的制备方法，其特征在于所述的钢液雾化时，在雾化过程中雾化桶内充进氮气，以避免雾化时粉末的氧化。

7.根据权利要求3所述的金属注射成形用合金钢粉的制备方法，其特征在于所述的过筛后的粉末进行表面处理中，通过的一段高温加热区域温度为1000～1200摄氏度之间。

8.根据权利要求3或7所述的金属注射成形用合金钢粉的制备方法，其特征在于所述的高温加热区域的加热过程中进行惰性气体保护。