CN112846179B - 一种panacea材料的成型烧结工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PANACEA材料的成型烧结工艺。其特征在于是采用步进梁式烧结设备进行加工，所述步进梁式烧结设备内包括脱脂段、烧结段和冷却段，炉内N2流量保持在28～32Nm3/h，炉压保持在12～20mbar，步进梁周期维持在112～150s，由步进梁控制喂料的传送速率，粉末喂料先从进料段由传送网带传输进入脱脂段脱除剩余粘结剂；经过催化脱脂的喂料由传送网带传输进入烧结段，所述的烧结段包括五个高温区，第一高温区温度为1000～1050℃、第二高温区温度为1100～1150℃、第三高温区温度为1290～1300℃、第四高温区温度为1290～1300℃、第五高温区温度为1150℃，最后进入冷却段，经过炉冷后出炉，变为金属状粉末。本发明在完成致密化的同时不会因为保温时间过长生成高温铁素体，利于产品尺寸、密度、磁导率。

Description

一种PANACEA材料的成型烧结工艺
技术领域
本发明涉及金属零件成型领域，尤其是一种PANACEA材料的成型烧结工艺。
背景技术
由于越来越多的消费者注重皮肤健康，金属中的Ni元素紧贴皮肤佩戴时会造成皮肤过敏，PANACEA材料由此诞生，PANACEA材料中剔除了Ni元素的，但烧结态需表现为奥氏体不锈钢，因此在原本的基体中掺入Mn和N充当Ni的作用，促进烧结的奥氏体化。
PANACEA材料的烧结态对磁导率、碳含量及氮含量有较高的要求，且金相组织需表现为奥氏体，因此对烧结工艺提出了很高的要求。此前使用石墨真空炉烧结存在种种问题，由于渗氮不足，PANACEA材料制成的产品肉厚位置未完全奥氏体化，磁导率高达1.156。加强渗氮促进奥氏体化后，又由于渗氮过量的原因，渗氮物导致晶格膨胀，尺寸一直偏大。且由于是石墨炉，炉腔内游离的碳附着于材料表面，造成材料表面发灰的现象。
单体炉烧结工艺如下表所示：
Figure BDA0002883113590000011
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺点，提供一种PANACEA材料的成型烧结工艺，提高了烧结效率，降低成本，提高了成品的品质。
为此，本发明采取如下的技术方案：一种PANACEA材料的成型烧结工艺，其特征在于是采用步进梁式烧结设备进行加工，所述步进梁式烧结设备内包括脱脂段、烧结段和冷却段，炉内N2流量保持在28～32Nm3/h，炉压保持在12～20mbar，步进梁周期维持在112～150s，由步进梁控制喂料的传送速率，粉末喂料先从进料段由传送网带传输进入脱脂段脱除剩余粘结剂；经过催化脱脂的喂料由传送网带传输进入烧结段，所述的烧结段包括五个高温区，第一高温区温度为1000～1050℃、第二高温区温度为1100～1150℃、第三高温区温度为1290～1300℃、第四高温区温度为1290～1300℃、第五高温区温度为1150℃，最后进入冷却段，经过炉冷后出炉，变为金属状粉末。
本发明流量和炉压主要控制渗氮量，保持高渗氮的同时又保证渗氮不会过高，过高渗氮量会导致硬度过高和产品尺寸过大。周期是指步进梁完成一个前进后退动作的时间，112～150s周期使材料具有一个较为合适的保温时间，保温时间在30～40min，在完成致密化的同时不会因为保温时间过长生成高温铁素体，利于产品尺寸、密度、磁导率。
第一高温区温度为1000～1050℃，主要是为了调整材料的收缩速度，放缓收缩有利于给致密化预留更多时间，使致密化靠后加强渗氮效果。渗氮加强利于金相组织奥氏体化，奥氏体呈现无磁性，有利于减小磁导率。
第三第四高温区温度为1290～1300℃，主要是为了调整产品尺寸并抑制高温铁素体生成，高温铁素体增多会导致磁导率明显增大。
第五高温区纬1150℃能保持一个较合适的冷却速率，不会因为极冷导致材料内应力过大开裂。
作为优选，在烧结段包括多个高温区，粉末进入各个高温区的时间如下：第一高温区为49.9～66.5min，第二高温区为33.9～45.2min，第三高温区为26.5～35.3min，第四高温区为35～46.7min，第五高温区为26.7～35.6min。
作为优选，所述的脱脂段包括五个预热温区，第一预热区温度为300～350℃、第二预热区温度为400～450℃、第三预热区温度为500～550℃、第四预热区温度为600～650℃、第五预热区温度为700-795℃。设置五个预热温区主要是为了调整热脱效率，完整脱除剩余粘结剂，给予碳氧反应时间，保持材料碳含量在合适的水平。
作为优选，粉末进入脱脂段各个温区的预热时间如下：第一预热区为18.5～24.7min，第二预热区为27.6～36.8min，第三预热区为20.5～27.3min，第四预热区为19.6～26.2min，第五预热区为22.7～30.2min。
作为优选，所述的N2流量为30Nm3/h，炉压为18mbar，第三和第四高温区的烧结温度为1290℃，步进梁周期为112s。
本发明的烧结工艺将温度、N2流量、烧结周期三个工艺参数达到一个平衡点，同时满足了磁导率、尺寸、硬度、密度、碳含量及氮含量的标准。大幅提升了烧结效率，步进梁烧结设备整个烧结周期仅14小时，而真空烧结设备烧结周期需要40小时。在提升烧结效率降低烧结成本的同时还有效降低了人工成本，使用真空烧结设备需要4人进行作业，而步进梁烧结设备仅需2人即可。由于步进梁烧结设备持续稳定地运作，短时间内并不需要停止运行等操作，从一定程度上提高了效率并且设备具有较好的稳定性。
具体实施方式
下面结合对本发明作进一步详细描述。
本发明的烧结工艺是采用步进梁式烧结设备进行加工，所述步进梁式烧结设备内包括脱脂段、烧结段和冷却段，炉内N2流量保持在30Nm3/h，炉压保持在18mbar，步进梁周期维持在112s，由步进梁控制喂料的传送速率，粉末喂料先从进料段由传送网带传输进入脱脂段脱除剩余粘结剂。
脱脂段包括五个预热温区，第一预热区温度为300～350℃、第二预热区温度为400～450℃、第三预热区温度为500～550℃、第四预热区温度为600～650℃、第五预热区温度为700-795℃。粉末进入脱脂段各温区的预热时间如下：第一预热区为18.5～24.7min，第二预热区为27.6～36.8min，第三预热区为20.5～27.3min，第四预热区为19.6～26.2min，第五预热区为22.7～30.2min。
经过催化脱脂的喂料由传送网带传输进入烧结段，所述的烧结段包括五个高温区，第一高温区温度为1000～1050℃、第二高温区温度为1100～1150℃、第三高温区温度为1290～1300℃、第四高温区温度为1290～1300℃、第五高温区温度为1150℃，最后进入冷却段，经过炉冷后出炉，变为金属状粉末。烧结段包括多个高温区，粉末进入各个高温区的时间如下：第一高温区为49.9～66.5min，第二高温区为33.9～45.2min，第三高温区为26.5～35.3min，第四高温区为35～46.7min，第五高温区为26.7～35.6min。
最后获得比较理想的尺寸和性能，具体表现为磁导率≤1.05，磁铁不能吸引产品，密度≥7.7g/cm3，在金相上组织以奥氏体为主，含有部分氮化物，且产品内部的孔隙较少，晶粒大小在正常水平。
步进梁烧结设备烧结后同石墨真空炉性能对比如下：
Figure BDA0002883113590000041
Figure BDA0002883113590000051
从性能方面看，长期烧结，步进梁烧结设备烧结的材料性能更好，磁导率、密度优于石墨真空炉，且产品尺寸、碳含量、氮含量更稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.一种PANACEA材料的成型烧结工艺，其特征在于是采用步进梁式烧结设备进行加工，所述步进梁式烧结设备内包括脱脂段、烧结段和冷却段，炉内N2流量保持在28～32Nm 3 /h，炉压保持在12～20mbar，步进梁周期维持在112～150s，由步进梁控制喂料的传送速率，粉末喂料先从进料段由传送网带传输进入脱脂段脱除剩余粘结剂；经过催化脱脂的喂料由传送网带传输进入烧结段，所述的烧结段包括五个高温区，第一高温区温度为1000～1050℃、第二高温区温度为1100～1150℃、第三高温区温度为1290～1300℃、第四高温区温度为1290～1300℃、第五高温区温度为1150℃，最后进入冷却段，经过炉冷后出炉，变为金属状粉末，烧结段包括多个高温区，粉末进入各个高温区的时间如下：第一高温区为49.9～66.5min，第二高温区为33.9～45.2min，第三高温区为26.5～35.3min，第四高温区为35～46.7min，第五高温区为26.7～35.6min。
2.根据权利要求1所述的一种PANACEA材料的成型烧结工艺，其特征在于所述的脱脂段包括五个预热温区，第一预热区温度为300～350℃、第二预热区温度为400～450℃、第三预热区温度为500～550℃、第四预热区温度为600～650℃、第五预热区温度为700-795℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种PANACEA材料的成型烧结工艺，其特征在于粉末进入脱脂段各个温区的预热时间如下：第一预热区为18.5～24.7min，第二预热区为27.6～36.8min，第三预热区为20.5～27.3min，第四预热区为19.6～26.2min，第五预热区为22.7～30.2min。
4. 根据权利要求3所述的一种PANACEA材料的成型烧结工艺，其特征在于所述的N2流量为30Nm 3 /h，炉压为18mbar，第三和第四高温区的烧结温度为1290℃，步进梁周期为112s。
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