CN112404429B - 新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形mim生产工艺 - Google Patents

新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形mim生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，本工艺可是批量性生产H型易碎钨基材料这种新型材料产品；本工艺发明与普通钨基合金材料产品无需增加新的设备，只需增加两道工序的工艺控制点，即可实现；整个工艺过程工艺参数控制简单，常规性金属粉末注射成形工艺用到的各工序设备即可满足要求。无需高精尖的设备来保证；该工艺可同时适用于H型、Y型两种易碎钨基材料产品生产。

Description

新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺
技术领域
本发明涉及新型材料技术领域，确切地说是新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺。
背景技术
军方对某新型在研散弹提出了以下指标：一、对己方战士的自伤防护，即在子弹以370-400米/秒的初速射出5米距离时，打到钢筋混凝土墙上弹丸要破碎不能回弹。二、对敌要有杀伤力，即在子弹以370-400米/秒的初速射出50米距离时，弹丸还要穿透25mm松木板。三、每颗子弹的弹丸装填数量不小于20粒。四、弹丸必须是球形，且尺寸必须保证在±0.05mm之内。
现有技术的缺陷和不足：
1.传统粉末冶金、铸件加工等生产工艺所生产出的产品无法兼顾破碎与穿透两项技术指标，要么破碎穿不透，要么无法破碎。
2、传统粉末压制所使用的模具生产的产品尺寸不符合椭圆度公差要求，不具备批量量产性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是传统粉末冶金、铸件加工等生产工艺所生产出的产品无法兼顾破碎与穿透两项技术指标，要么破碎穿不透，要么无法破碎；传统粉末压制所使用的模具生产的产品尺寸不符合椭圆度公差要求，不具备批量量产性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：
新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，生产工艺步骤如下：
步骤1：注射工艺，设备采用注塑机，各温区温度设置：射嘴195±5℃，温区一190±5℃，温区二180±5℃，温区三170±5℃，温区四160±5℃；注射时间：1.5±0.5s，注射压力110±20MPa，保压时间1.5±0.5s，保压压力100±20MPa，冷却时间9±2s；
步骤2：萃取工艺，设备采用溶脱炉，使用溶剂三氯乙烯萃取，设定温度65±10℃，保温8-12小时；
步骤3：脱脂工艺，设备采用脱脂炉，氮氢混合气氛加湿氢，升温路线：室温30分钟升温至150±10℃，不保温；经过6小时升温至350±10℃，保温1小时；经过12小时升温至650±20℃，保温1小时；经过6小时升温至850±20℃，保温2小时，之后转为降温；
步骤4：烧结工艺，设备采用烧结炉，气氛为氮氢混合气气氛，氮氢比例为1:3，通气量为3.5±0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1200±50℃，保温时间为2小时；烧结温度1400±20℃，保温时间为3h；
步骤5：固溶工艺，固溶温度900±50℃，保温1小时，采用降温结构降温；
步骤6：滚抛工艺，设备采用滚抛机，频率设置35±10HZ，时间20±5分钟。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
所述的注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，其中注射速度45±20，保压速度40±20。
所述的注塑机为东华90F2V型注塑机，所述的脱脂炉为罩式脱脂炉，所述的烧结炉为气氛烧结炉，所述的滚抛机为离心式滚抛机。
所述的离心式滚抛机的滚抛介质为清水、φ3*8的陶瓷棒料。
所述的萃取工艺整个生产过程在密闭空间进行，三氯乙烯可通过蒸馏反复使用。
所述的脱脂工艺中氮氢混合气比例为：1:3；通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程，湿氢通气量为：1±0.3m3/h，从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。
所述的烧结工艺设备功率可自行按照每分钟升温不超过5℃来设置升温曲线。
所述的降温结构为油冷降温。
本发明所要解决的技术问题是：采用H型易碎钨基材料与金属粉末注射成形蜡基粘结剂配制成的金属粉末注射成形(MIM)专用喂料，采用金属粉末注射成形生产工艺，实现H型易碎钨基材料产品的量产。
第一步，首先根据钨镍铁合金的蜡基喂料体系工艺，进行是生产。
第二步，检测每一工序的产品质量，逐一发现问题点。
第三步，根据各工序的问题点，通过工艺调整进行逐项解决。
本发明具备如下的特点：
1、本工艺可是批量性生产H型易碎钨基材料这种新型材料产品。
2、本工艺发明与普通钨基合金材料产品无需增加新的设备，只需增加两道工序的工艺控制点，即可实现。
3、整个工艺过程工艺参数控制简单，常规性金属粉末注射成形工艺用到的各工序设备即可满足要求。无需高精尖的设备来保证。
4、该工艺可同时适用于H型、Y型两种易碎钨基材料产品生产。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
具体实施例1：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，生产工艺步骤如下：
步骤1：注射工艺，设备采用注塑机，各温区温度设置：射嘴195±5℃，温区一190±5℃，温区二180±5℃，温区三170±5℃，温区四160±5℃；注射时间：1.5±0.5s，注射压力110±20MPa，保压时间1.5±0.5s，保压压力100±20MPa，冷却时间9±2s；
步骤2：萃取工艺，设备采用溶脱炉，使用溶剂三氯乙烯萃取，设定温度65±10℃，保温8-12小时；
步骤3：脱脂工艺，设备采用脱脂炉，氮氢混合气氛加湿氢，升温路线：室温30分钟升温至150±10℃，不保温；经过6小时升温至350±10℃，保温1小时；经过12小时升温至650±20℃，保温1小时；经过6小时升温至850±20℃，保温2小时，之后转为降温；
步骤4：烧结工艺，设备采用烧结炉，气氛为氮氢混合气气氛，氮氢比例为1:3，通气量为3.5±0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1200±50℃，保温时间为2小时；烧结温度1400±20℃，保温时间为3h；
步骤5：固溶工艺，固溶温度900±50℃，保温1小时，采用降温结构降温；
步骤6：滚抛工艺，设备采用滚抛机，频率设置35±10HZ，时间20±5分钟。
具体实施例2：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，其中注射速度45±20，保压速度40±20。
具体实施例3：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，注塑机为东华90F2V型注塑机，所述的脱脂炉为罩式脱脂炉，所述的烧结炉为气氛烧结炉，所述的滚抛机为离心式滚抛机。
具体实施例4：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，离心式滚抛机的滚抛介质为清水、φ3*8的陶瓷棒料。
具体实施例5：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，萃取工艺整个生产过程在密闭空间进行，三氯乙烯可通过蒸馏反复使用。
具体实施例6：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，脱脂工艺中氮氢混合气比例为：1:3；通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程，湿氢通气量为：1±0.3m3/h，从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。
具体实施例7：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，烧结工艺设备功率可自行按照每分钟升温不超过5℃来设置升温曲线。
具体实施例8：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，降温结构为油冷降温。
具体实施例9：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，使用东华90F2V型注塑机，各温区温度设置：射嘴195±5℃，温区一190±5℃，温区二180±5℃，温区三170±5℃，温区四160±5℃；注射时间：1.5±0.5s，注射压力110±20，保压时间1.5±0.5s，保压压力100±20，冷却时间9±2s；注射速度45±20，保压速度40±20；萃取工艺采用溶脱炉，使用溶剂三氯乙烯萃取，设定温度65±10℃，保温8-12小时。整个生产过程在密闭空间进行，三氯乙烯可通过蒸馏反复使用，环保节能。脱脂工艺使用设备为罩式脱脂炉，采用氮氢混合气氛加湿氢，升温路线：室温30分钟升温至150±10℃，不保温；经过6小时升温至350±10℃，保温1小时；经过12小时升温至650±20℃，保温1小时；经过6小时升温至850±20℃，保温2小时。然后降温。氮氢混合气比例为：1:3；通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程，湿氢通气量为：1±0.3m3/h。从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。烧结工艺采用预烧结和烧结方式来进行。采用气氛烧结炉，通入气氛为氮氢混合气气氛，氮氢比例为1:3，通气量为3.5±0.5m3/h。预烧结温度为1200±50℃，保温时间为2小时。烧结温度1400±20℃，保温时间为3h。根据设备不同的功率可自行按照每分钟升温不超过5℃来设置升温曲线，重点是预烧结和烧结温度及保温时间。烧结后的产品经过固溶，使其性能稳定。固溶温度900±50℃，保温1小时，采用油冷降温。固溶后的产品经过滚抛处理表面，采用离心式滚抛机，频率设置35±10HZ，时间20±5分钟，滚抛介质为清水、φ3*8的陶瓷棒料。
对于H型易碎钨基材料MIM生产工艺，权利要求是保护在里面脱脂过程在使用氮氢混合气气氛的同时，增加湿氢这一工艺控制点；同时权利要求保护使用预烧结和烧结相结合的烧结方式。前者加湿氢是为了更好的脱除粘结剂，后者是为了让产品具备破碎性的同时，保持穿透所需要的强度。
具体实施例10：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，使用该工艺生产H型易碎钨基材料φ4规格易碎弹丸：注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，使用东华90F2V型注塑机，各温区温度设置：射嘴195℃，温区一190℃，温区二185℃，温区三175℃，温区四165℃；注射时间：1.8s，注射压力130，保压时间1.5s，保压压力120，冷却时间10s；注射速度55，保压速度50，萃取工艺采用溶脱炉，使用溶剂三氯乙烯萃取，设定温度65℃，保温10小时。脱脂工艺使用设备为罩式脱脂炉，采用氮氢混合气氛加湿氢，升温路线：室温30分钟升温至150℃，不保温；经过6小时升温至350℃，保温1小时；经过12小时升温至670℃，保温1小时；经过6小时升温至860℃，保温2小时。然后降温。氮氢混合气比例为：1:3；通气量为4m3/h，持续整个工艺过程，湿氢通气量为：1m3/h。从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。烧结工艺采用预烧结和烧结方式来进行。采用气氛烧结炉，通入气氛为氮氢混合气气氛，氮氢比例为1:3，通气量为3.5±0.5m3/h。预烧结温度为1230℃，保温时间为2小时。烧结温度1420℃，保温时间为3h。烧结后的产品经过固溶，使其性能稳定。固溶温度900℃，保温1小时，采用油冷降温。固溶后的产品经过滚抛处理表面，采用离心式滚抛机，频率设置30HZ，时间15分钟，滚抛介质为清水、φ3*8的陶瓷棒料。
按照以上工艺生产出的φ4规格的弹丸，密度12.8-13.5g/cm3,尺寸为φ3.98-4.02mm，满足产品尺寸要求。最终实弹测试也满足5米破碎及50米穿透的要求。
具体实施例11：
本发明新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，注射工艺、萃取工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶工艺、滚抛工艺，使用该工艺生产Y型易碎钨基材料φ5规格产品。
注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，使用东华90F2V型注塑机，各温区温度设置：射嘴195℃，温区一190℃，温区二180℃，温区三170℃，温区四160℃；注射时间：1.5s，注射压力110，保压时间1.5s，保压压力100，冷却时间9s；注射速度50，保压速度40。萃取工艺采用溶脱炉，使用溶剂三氯乙烯萃取，设定温度65℃，保温12小时。脱脂工艺使用设备为罩式脱脂炉，采用氮氢混合气氛加湿氢，升温路线：室温30分钟升温至150℃，不保温；经过6小时升温至350℃，保温1小时；经过12小时升温至630℃，保温1小时；经过6小时升温至830℃，保温2小时。然后降温。氮氢混合气比例为：1:3；通气量为4m3/h，持续整个工艺过程，湿氢通气量为：1m3/h。从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。烧结工艺采用预烧结和烧结方式来进行。采用气氛烧结炉，通入气氛为氮氢混合气气氛，氮氢比例为1:3，通气量为3.5m3/h。预烧结温度为1200℃，保温时间为2小时。烧结温度1400℃，保温时间为3h。烧结后的产品经过固溶，使其性能稳定。固溶温度900℃，保温1小时，采用油冷降温。固溶后的产品经过滚抛处理表面，采用离心式滚抛机，频率设置35HZ，时间20分钟，滚抛介质为清水、φ3*8的陶瓷棒料。
按照以上工艺生产出的φ5规格的弹丸，密度13.5-15.5g/cm3,尺寸为φ4.97-5.03mm，满足产品尺寸要求。最终实弹测试也满足5米破碎及50米穿透的要求。
由于以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，其特征在于：生产工艺步骤如下：
步骤1：注射工艺，设备采用注塑机，各温区温度设置：射嘴195±5℃，温区一190±5℃，温区二180±5℃，温区三170±5℃，温区四160±5℃；注射时间：1.5±0.5s，注射压力110±20MPa，保压时间1.5±0.5s，保压压力100±20MPa，冷却时间9±2s；
步骤2：萃取工艺，设备采用溶脱炉，使用溶剂三氯乙烯萃取，设定温度65±10℃，保温8-12小时；
步骤3：脱脂工艺，设备采用脱脂炉，氮氢混合气氛加湿氢，升温路线：室温30分钟升温至150±10℃，不保温；经过6小时升温至350±10℃，保温1小时；经过12小时升温至650±20℃，保温1小时；经过6小时升温至850±20℃，保温2小时，之后转为降温；脱脂工艺中氮氢混合气比例为：1:3；通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程，湿氢通气量为：1±0.3m3/h，从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下；
步骤4：烧结工艺，设备采用烧结炉，气氛为氮氢混合气气氛，氮氢比例为1:3，通气量为3.5±0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1200±50℃，保温时间为2小时；烧结温度1400±20℃，保温时间为3h；
步骤5：固溶工艺，固溶温度900±50℃，保温1小时，采用降温结构降温；
步骤6：滚抛工艺，设备采用滚抛机，频率设置35±10HZ，时间20±5分钟。
2.根据权利要求1所述的新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，其特征在于：所述的脱脂炉为罩式脱脂炉，所述的烧结炉为气氛烧结炉，所述的滚抛机为离心式滚抛机。
3.根据权利要求2所述的新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，其特征在于：所述的离心式滚抛机的滚抛介质为清水、φ3*8的陶瓷棒料。
4.根据权利要求1所述的新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，其特征在于：所述的萃取工艺整个生产过程在密闭空间进行。
5.根据权利要求1所述的新型易碎钨基材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，其特征在于：所述的降温结构为油冷降温。
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