CN110408857A - 一种金属材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属材料及其制备方法，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：Fe 95.3～96.25％；C 0.5～0.6％；Si0.15～0.4％；Mn 0.5～0.8％；Cr 0.4～0.8％；Ni 1.2～1.6％；Cu 0.1～0.2％；Mo 0.1～0.2％。本发明提供的金属材料具有较强的硬度和耐磨性能，采用金属粉末注射工艺的方法来进行来替换传统冲压方式，加工难度小，工艺简单。

Description

一种金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种金属材料及其制备方法及其制备方法。
背景技术
金属材料，尤其是由Fe-C合金构成的金属材料是目前常用的金属材料之一，其应用范围广泛，例如经编机中的槽针或者汽车金属车标等重要应用领域。
对于经编机用槽针，其实是一种复合针，性能和制造精度要求高，是针织机中的关键零件。槽针直接参与织物的编织，其性能的高低不仅关系到织物的质量，还会直接影响到经编机运转效率。
随着我国针织行业的快速发展，市场上对高端织针的需求量加大，但受国内织针制造水平的影响，高档织针的使用大多靠进口来解决，特别是国内织针技术工艺及材料方面的研究极少甚至没有导致织针质量不稳定，织针关键部位难以满足使用性能要求，寿命较短。致使国内针织制品企业更倾向于使用国外进口的织针。
国外进口的织针，尤其是一些“细、薄、长”型的高档经编槽针，其价格通常是国内普通经编槽针的数十倍。此外，目前经编机用槽针一直以来都是用传统的冲压方式制作，加工难度大，步骤复杂。
发明内容
鉴于上述状况，本发明提供一种金属材料，其具有较强的硬度和耐磨性能，且加工难度小，工艺简单。
一种金属材料，包括Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
其中，所述金属材料还可以包括P、S、V、Al。该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
根据本发明提供的金属材料，通过各组分的合理配合，其中，碳是提高钢硬度的主要强化元素，而铬可固溶于铁素体中，还能改变渗碳体结构，形成合金渗碳体，提高与碳的亲合力，使渗碳体稳定性增强，钒是强碳化物形成元素，对抑制脱碳和石墨碳析出有较强作用，钒细化晶粒效果显著，与铬配合使用可提高材料弹性极限，有利于增加材料硬度和耐磨性，钼增加了材料的淬透性并且细化晶粒，通过该金属材料制成的经编机用槽针，经过测试，其硬度能够达到HRC64以上，耐磨性与使用寿命与进口的槽针基本一致，性能优异，能够满足高档织针需求，使用该经编机用槽针能够摆脱槽针需要进口的局面，能够降低成本，此外，本发明采用金属粉末注射工艺的方法来进行来替换传统冲压方式，加工难度小，工艺简单。
本发明还提供了上述金属材料的制备方法，包括：
按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
对喂料进行注射成型，得到生坯；
对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
上述金属材料的制备方法，其中，所述粘结剂采用有机粘结剂。
上述金属材料的制备方法，其中，所述粘结剂占喂料质量比为5％-9％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为91％-95％。
上述金属材料的制备方法，其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
上述金属材料的制备方法，其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照各实施例对本发明进行更全面的描述，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的实施方式提出一种金属材料，包括Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
其中，所述金属材料还可以包括P、S、V、Al。该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，所述粘结剂采用有机粘结剂。
其中，所述粘结剂占喂料质量比为5％-9％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为91％-95％。
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例1：
一种金属材料，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Cu、Mo、Al组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，本实施例的金属材料用于制备经编机用槽针，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
其中，粘结剂采用有机粘结剂。所述粘结剂占喂料质量比为5％，粉末态的各组分之和占喂料质量比为95％。
具体可以利用高剪切密炼机对混合料进行混炼，得到混合料，然后对混合料进行造粒处理，得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
具体参数见表1
表1脱脂工艺参数
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体参数见表2
表2烧结工艺参数
制备完成后，对得到的槽针分别进行硬度测试、耐磨性测试和使用寿命测试，结果见表13。
实施例2：
一种金属材料，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Cu、Mo、Al组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，本实施例的金属材料用于制备经编机用槽针，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
其中，粘结剂采用有机粘结剂。所述粘结剂占喂料质量比为8％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为92％。
具体可以利用高剪切密炼机对混合料进行混炼，得到混合料，然后对混合料进行造粒处理，得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
具体参数见表3
表3脱脂工艺参数
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体参数见表4
表4烧结工艺参数
制备完成后，对得到的槽针分别进行硬度测试、耐磨性测试和使用寿命测试，结果见表13。
实施例3：
一种金属材料，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Cu、Mo、Al组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，本实施例的金属材料用于制备经编机用槽针，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
其中，粘结剂采用有机粘结剂。所述粘结剂占喂料质量比为9％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为91％。
具体可以利用高剪切密炼机对混合料进行混炼，得到混合料，然后对混合料进行造粒处理，得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
具体参数见表5
表5脱脂工艺参数
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体参数见表6
表6烧结工艺参数
制备完成后，对得到的槽针分别进行硬度测试、耐磨性测试和使用寿命测试，结果见表13。
实施例4：
一种金属材料，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Cu、Mo、Al组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，本实施例的金属材料用于制备经编机用槽针，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
其中，粘结剂采用有机粘结剂。所述粘结剂占喂料质量比为6％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为94％。
具体可以利用高剪切密炼机对混合料进行混炼，得到混合料，然后对混合料进行造粒处理，得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
具体参数见表7
表7脱脂工艺参数
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体参数见表8
表8烧结工艺参数
制备完成后，对得到的槽针分别进行硬度测试、耐磨性测试和使用寿命测试，结果见表13。
实施例5：
一种金属材料，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Cu、Mo、Al组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，本实施例的金属材料用于制备经编机用槽针，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
其中，粘结剂采用有机粘结剂。所述粘结剂占喂料质量比为5％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为95％。
具体可以利用高剪切密炼机对混合料进行混炼，得到混合料，然后对混合料进行造粒处理，得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
具体参数见表9
表9脱脂工艺参数
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体参数见表10
表10烧结工艺参数
制备完成后，对得到的槽针分别进行硬度测试、耐磨性测试和使用寿命测试，结果见表13。
实施例6：
一种金属材料，该金属材料包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Cu、Mo、Al组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，本实施例的金属材料用于制备经编机用槽针，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
上述金属材料的制备方法，包括：
S1，按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
S2，将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
其中，粘结剂采用有机粘结剂。所述粘结剂占喂料质量比为7％,粉末态的各组分之和占喂料质量比为93％。
具体可以利用高剪切密炼机对混合料进行混炼，得到混合料，然后对混合料进行造粒处理，得到金属粉末注射成型用的喂料；
S3，对喂料进行注射成型，得到生坯；
S4，对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
其中，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
具体参数见表11
表11脱脂工艺参数
S5，对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
其中，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
具体参数见表12
表12烧结工艺参数
制备完成后，对得到的槽针分别进行硬度测试、耐磨性测试和使用寿命测试，结果见表13。
上述各实施例制备的槽针与对照例1、对照例2中的槽针的性能参数对比如表13所示，其中，对照例1为某国产的、采用冲压方式制作的槽针；对照例2为某进口的、采用冲压方式制作的槽针：
表13结果对比表
洛氏硬度 耐磨性 使用寿命(以对照例1为基数)
实施例1 HRC64 优 为对照例1使用寿命的1.65倍
实施例2 HRC64 优 为对照例1使用寿命的1.6倍
实施例3 HRC65 优 为对照例1使用寿命的1.7倍
实施例4 HRC64 优 为对照例1使用寿命的1.6倍
实施例5 HRC64 优 为对照例1使用寿命的1.65倍
实施例6 HRC64 优 为对照例1使用寿命的1.7倍
对照例1 HRC60 一般 /
对照例2 HRC64 优 为对照例1使用寿命的1.7倍
由表13可知，本发明各实施例的槽针，其硬度能够达到HRC64以上，耐磨性与使用寿命与进口的槽针基本一致，性能优异，能够满足高档织针需求。
综上，根据本发明提供的金属材料，通过各组分的合理配合，其中，碳是提高钢硬度的主要强化元素，而铬可固溶于铁素体中，还能改变渗碳体结构，形成合金渗碳体，提高与碳的亲合力，使渗碳体稳定性增强，钒是强碳化物形成元素，对抑制脱碳和石墨碳析出有较强作用，钒细化晶粒效果显著，与铬配合使用可提高材料弹性极限，有利于增加材料硬度和耐磨性，钼增加了材料的淬透性并且细化晶粒，通过该金属材料制成的经编机用槽针，经过测试，其硬度能够达到HRC64以上，耐磨性与使用寿命与进口的槽针基本一致，性能优异，能够满足高档织针需求，使用该经编机用槽针能够摆脱槽针需要进口的局面，能够降低成本，此外，本发明采用金属粉末注射工艺的方法来进行来替换传统冲压方式，加工难度小，工艺简单。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属材料，其特征在于，包括Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo组分，该金属材料通过金属粉末注射成型工艺制成，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
2.根据权利要求1所述的金属材料，其特征在于，所述金属材料还包括P、S、V、Al。
3.根据权利要求2所述的金属材料，其特征在于，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
4.根据权利要求3所述的金属材料，其特征在于，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
5.根据权利要求3所述的金属材料，其特征在于，该金属材料中各组分所占的重量百分比为：
6.权利要求1所述的金属材料的制备方法，其特征在于，包括：
按重量百分比分别称取粉末态的各组分；
将粉末态的各组分和粘结剂混合，进行混练，以得到金属粉末注射成型用的喂料；
对喂料进行注射成型，得到生坯；
对生坯进行脱脂处理，去除粘结剂，得到脱脂坯；
对脱脂坯进行烧结以及后处理，完成制备。
7.根据权利要求6所述的金属材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂采用有机粘结剂。
8.根据权利要求7所述的金属材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂占喂料质量比为5％-9％，粉末态的各组分之和占喂料质量比为91％-95％。
9.根据权利要求6所述的金属材料的制备方法，其特征在于，对生坯进行脱脂处理分别三个阶段：
第一阶段，前期冲洗，气体由管道定量的充入氮气，把炉内的空气置换干净，并开始加热保温；
第二阶段，温度处于保温状态，酸泵运行注入硝酸，硝酸在炉内雾化，开始催化脱脂；
第三阶段，酸泵停止，置换炉内气体并降温冷却。
10.根据权利要求6所述的金属材料的制备方法，其特征在于，对脱脂坯进行烧结具体包括：
第一步，负压脱脂，选用不同斜率的升温曲线进行脱脂；
第二步，真空烧结，在高温、高真空状态下，进一步烧结产品；
第三步，分压烧结，在氩气的保护作用下，温度持续升高，使产品烧结至最密实状态；
第四步，烧结结束，冷却至常温状态。
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