CN110153430A - 一种增强型316l不锈钢金属注射成型工艺 - Google Patents

一种增强型316l不锈钢金属注射成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，包括有如下步骤：S1.粉末混合球磨；S2.浆料干燥；S3.混炼制粒；S4.注射成型；S5.脱脂；S6.烧结。316L不锈钢材料作为基体相，而TiC材料作为颗粒强化相，并用金属注射成型的方法制备得到增强型的316L不锈钢材料，在保持原有316L不锈钢材料耐腐蚀、无磁性优点的同时获得较高的硬度指标；同时采用本方法还可直接成型形状复杂、精度要求高的零部件，降低了切削加工量，实现了低成本、大批量生产。

Description

一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺
技术领域
本发明涉及金属注射成型技术领域，尤其是涉及一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺。
背景技术
金属注射成型（Metal Injection Molding，简称为MIM），是一种新型粉末冶金近净成形技术，用于制造高质量精密零部件或者形状结构复杂的小型金属零部件，具有常规粉末冶金、机加工和精密铸造方法无法比拟的优势，易于实现大批量、规模化生产。
316L不锈钢，是一种奥氏体不锈钢，具有耐腐蚀性能优异、无磁性的特点，广泛应用于化工工业、食品工业、3C产业等。传统铸造态的316L不锈钢硬度较低，维氏硬度≤220HV，且316L不锈钢无法通过热处理强化，但可以通过加工硬化，通过加工硬化后的半硬度316L不锈钢的维氏硬度范围为250-310HV。
但是，采用金属注射成型技术制备得到的MIM 316L不锈钢材料无法进行加工硬化处理，MIM 316L不锈钢的维氏硬度范围为120-180HV，较低的硬度指标制约了MIM 316L不锈钢材料的应用范围。因此，如何通过金属注射成型技术制备得到具有较高硬度指标316L不锈钢材料是行业内亟需解决的难题，现有技术存在可改进之处。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，以316L不锈钢材料为基体相，以TiC材料为颗粒强化相，并用金属注射成型的方法制备得到增强型的316L不锈钢材料，在保持原有316L不锈钢材料耐腐蚀、无磁性优点的同时获得较高的硬度指标。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，包括有如下步骤：S1.粉末混合球磨，按比例混合、球磨316L不锈钢粉和TiC粉，制备得到混合粉料；S2.浆料干燥，干燥混合粉料与酒精的混合浆料，制备得到复合粉末；S3.混炼制粒，混合复合粉末和粘结剂，并投入混炼设备中混炼，再将混炼得到的制粒喂料投入制粒设备中，制备得到注射喂料；S4.注射成型，加热注射喂料，并将流态的注射喂料注入模具内冷却成型得到坯体；S5.脱脂，首先进行催化脱脂，再进行热脱脂，完成二次脱脂作业；S6.烧结，真空炉烧结完成二次脱脂作业后的坯体，制备得到MIM 316L不锈钢成品。
通过采用上述技术方案，将316L不锈钢粉末与TiC粉末按一定的配比混合、球磨并干燥制备得到复合粉末，然后依次经由混炼制备、注射成型、脱脂以及烧结工序制备得到MIM 316L不锈钢成品。316L不锈钢材料作为基体相，而TiC材料作为颗粒强化相，并用金属注射成型的方法制备得到增强型的316L不锈钢材料，在保持原有316L不锈钢材料耐腐蚀、无磁性优点的同时获得较高的硬度指标。
本发明进一步设置为：316L不锈钢粉粒径范围为0-22um，且TiC粉粒径范围为1-6um。
通过采用上述技术方案，对316L不锈钢粒径的大小以及TiC粒径的大小进行限制（经过反复实验摸索，确定316L不锈钢粒径和TiC粒径的合理范围值），在保证MIM 316L不锈钢成品的硬度和原有特性的前提下，有利于金属注射成型工艺的混炼、注射成型、脱脂以及烧结作业。
本发明进一步设置为：在316L不锈钢粉中添加质量分数占比为10%-20%的TiC粉。
通过采用上述技术方案，对TiC的质量分数占比进行限制，即限制在316L+10TiC-316L+20TiC的范围区间内，则增强型316L不锈钢金属的硬度范围对应为250HV-320HV。
本发明进一步设置为：在步骤S1中，球磨和粉末的重量比为3:1，球磨时间为8-24h，球磨机转速为200-350r/min。
通过采用上述技术方案，粉料在球磨过程中被粉碎是由于研磨体对其冲击与研磨作用的结果，则通过限制球磨机转速和球磨时间的方式，以获得球磨均匀、一致的混合粉料。
本发明进一步设置为：在步骤S3中，粘结剂设置为塑基粘结剂，包括有如下重量份数的组分，80-90份的聚甲醛、5-8份的聚丙烯、3-5份的石蜡、0.1-1.0份的硬脂酸。
通过采用上述技术方案，粘接剂在MIM技术中具有增强流动性和维持坯块形状两个十分重要的作用，通过高分子组元（聚甲醛、聚丙烯）与低分子组元（石蜡、硬脂酸）以适当比例配合使用，达到提高粉末装载量，制备得到高精度和高均匀性增强型316L不锈钢产品的目的。
本发明进一步设置为：在步骤S4中，控制注射成型温度为180-200℃，并控制注射速度为35-85cm3/s，注射成型压力为80-120Mpa；且模具温度控制为80-140℃。
通过采用上述技术方案，获得形状无缺陷、颗粒均匀的MIM成型坯体；因为喂料在注射成型的过程中极容易出现各种缺陷，如裂纹、孔隙、焊缝、分层、粉末粘接剂分离等，且这些缺陷经常是在脱脂和烧结后才能被发现，因此成型温度、注射压力和速度以及时间的设定对于金属注射成型环节具有十分重要的意义。
本发明进一步设置为：在步骤S5中，催化脱脂在硝酸催化脱脂炉内进行，脱脂温度设置为110-130℃，脱脂通酸时间设置为4-10h。
通过采用上述技术方案，选用硝酸催化脱脂炉进行催化脱脂处理作业，并限制催化脱脂的温度和脱脂通酸时间，以达到提高催化脱脂处理作业效果的目的。
本发明进一步设置为：在步骤S5中，热脱脂温度设置为500-700℃，保温时间设置为2-4h。
通过采用上述技术方案，对热脱脂处理作业时间以及热脱脂处理作业温度进行限制，在获得较好的热脱脂处理作业效果的同时缩短热脱脂处理作业的时间，既提高了热脱脂处理作业的效果，同时又提高了热脱脂处理作业的效率。
本发明进一步设置为：在真空烧结炉中先进行热脱脂作业再进行烧结作业；真空烧结炉热脱脂结束后升温至1050℃保温1h再升温至1320-1360℃保温1-3h。
通过采用上述技术方案，可在真空烧结炉中完成热脱脂处理作业和烧结处理作业，不需要额外进行物料转移，既有利于提高成型作业效率，又有利于提高增强型316L不锈钢材料成型作业的稳定性和质量。
本发明进一步设置为：真空烧结炉的烧结气氛设置为真空烧结或氩气保护气烧结。
通过采用上述技术方案，使用者可根据实际需求选择真空烧结气氛或者氩气保护气氛完成热脱脂处理作业和烧结处理作业，具有较好的选择适配性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
其一：制备的TiC颗粒强化不锈钢具有高硬度兼顾无磁和耐腐蚀的特点，且TiC颗粒强化不锈钢的硬度范围可达250-320，磁导率<1.01；
其二：在提高316L不锈钢材料硬度的同时，实现了产品的近净成形，零件精度更高；
其三：可以直接成型形状复杂、精度要求高的零部件，大大降低切削加工量，实现低成本、大批量生产。
附图说明
图1是增强型316L不锈钢金属注射成型工艺示意图；
图2是增强型316L不锈钢金属注射成型工艺的流程框图；
图3是当316L不锈钢粉、TiC粉质量比9：1时，增强型316L不锈钢的金相组织示意图；
图4是当316L不锈钢粉、TiC粉质量比8：2时，增强型316L不锈钢的金相组织示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
结合图1和图2所示，一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，316L不锈钢粉、TiC粉按质量比9：1装入行星式球磨机的球磨罐中，不锈钢磨球按3倍粉末总质量装入球磨罐中，并加入分析纯酒精使混合粉料与空气隔绝。球磨时间设置为8h-24h，球磨机转速为300r/min；粉末球磨完成后，将混合粉料与酒精的混合浆料放置于真空干燥箱中干燥5h，将酒精全部去除。
将混合均匀的粉末与粘结剂按装载量56%倒入Σ型捏合机中混炼1h，混炼温度为190℃，混炼完毕后，将喂料倒入混炼挤出机中挤出制粒。注射时调节注射温度为190℃、注射速度45cm3/s以及注射压力100MPa，模具温度100℃。随后将注射成形的生坯进行硝酸触媒催化脱脂。脱脂温度130℃，催化时间为2-8h。
脱脂完成后，将生坯取出，放入真空批次炉，进行热脱脂与烧结。热脱脂温度设置为600℃，最高烧结温度段为1360℃，热脱脂与烧结周期为18h，烧结气氛为真空+氩气。获得的颗粒强化不锈钢材质零件的硬度250HV，磁导率<1.01，其金相组织如图3所示。
实施例二：
结合图1和图2所示，一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，316L不锈钢粉、TiC粉按质量比8：2装入行星式球磨机球磨罐中，不锈钢磨球按3倍粉末总质量装入球磨罐中，加入分析纯酒精使粉末与空气隔绝。球磨时间为8h-24h。球磨机转速为300r/min。粉末球磨后，将粉末与酒精的浆料在真空干燥箱中干燥5h，将酒精全部去除。
将混合均匀的粉末与粘结剂按装载量56%倒入Σ型捏合机中混炼1h，混炼温度为190℃，混炼完毕后，将喂料倒入混炼挤出机中挤出制粒。注射时调节注射温度为190℃、注射速度45cm3/s以及注射压力100MPa，模具温度100℃。随后将注射成形的生坯进行硝酸触媒催化脱脂。脱脂温度130℃，催化时间为2-8h。
脱脂完成后，将生坯取出，然后放入真空批次炉，进行热脱脂与烧结。热脱脂温度设置为600℃，最高烧结温度段为1320℃，热脱脂与烧结周期为18h，烧结气氛为真空+氩气。获得颗粒强化不锈钢材质零件硬度320HV，磁导率<1.01，其金相组织如图3所示。。
下面结合工艺流程对本发明作进一步阐述：
S1.粉末混合球磨，按比例混合、球磨316L不锈钢粉和TiC粉，制备得到混合粉料；S2.浆料干燥，干燥混合粉料与酒精的混合浆料，制备得到复合粉末；S3.混炼制粒，混合复合粉末和粘结剂，并投入混炼设备中混炼，再将混炼得到的制粒喂料投入制粒设备中，制备得到注射喂料；S4.注射成型，加热注射喂料，并将流态的注射喂料注入模具内冷却成型得到坯体；S5.脱脂，首先进行催化脱脂，再进行热脱脂，完成二次脱脂作业；S6.烧结，真空炉烧结完成二次脱脂作业后的坯体，制备得到MIM 316L不锈钢成品。
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：包括有如下步骤：
S1.粉末混合球磨，按比例混合、球磨316L不锈钢粉和TiC粉，制备得到混合粉料；
S2.浆料干燥，干燥混合粉料与酒精的混合浆料，制备得到复合粉末；
S3.混炼制粒，混合复合粉末和粘结剂，并投入混炼设备中混炼，再将混炼得到的制粒喂料投入制粒设备中，制备得到注射喂料；
S4.注射成型，加热注射喂料，并将流态的注射喂料注入模具内冷却成型得到坯体；
S5.脱脂，首先进行催化脱脂，再进行热脱脂，完成二次脱脂作业；
S6.烧结，真空炉烧结完成二次脱脂作业后的坯体，制备得到MIM 316L不锈钢成品。
2.根据权利要求1所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：316L不锈钢粉粒径范围为0-22um，且TiC粉粒径范围为1-6um。
3.根据权利要求2所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在316L不锈钢粉中添加质量分数占比为10%-20%的TiC粉。
4.根据权利要求1所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在步骤S1中，球磨和粉末的重量比为3:1，球磨时间为8-24h，球磨机转速为200-350r/min。
5.根据权利要求1所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在步骤S3中，粘结剂设置为塑基粘结剂，包括有如下重量份数的组分，80-90份的聚甲醛、5-8份的聚丙烯、3-5份的石蜡、0.1-1.0份的硬脂酸。
6.根据权利要求1所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在步骤S4中，控制注射成型温度为180-200℃，并控制注射速度为35-85cm3/s，注射成型压力为80-120Mpa；且模具温度控制为80-140℃。
7.根据权利要求1所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在步骤S5中，催化脱脂在硝酸催化脱脂炉内进行，脱脂温度设置为110-130℃，脱脂通酸时间设置为4-10h。
8.根据权利要求7所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在步骤S5中，热脱脂温度设置为500-700℃，保温时间设置为2-4h。
9.根据权利要求8所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：在真空烧结炉中先进行热脱脂作业再进行烧结作业；真空烧结炉热脱脂结束后升温至1050℃保温1h再升温至1320-1360℃保温1-3h。
10.根据权利要求9所述的一种增强型316L不锈钢金属注射成型工艺，其特征在于：真空烧结炉的烧结气氛设置为真空烧结或氩气保护气烧结。
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