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工程师必看:一种减小烧结难度的MIM金属材料介绍!

440B和440C的马氏体不锈钢是MIM制造中常用的材料,但他们液相烧结的温度范围非常窄,烧结过程中变形、局部坍塌等不良品较多。本文作者发明了一种改良型440C马氏体不锈钢,这种材料能够有效解决刚才提到的问题。本文原文为论文,比较深奥难懂,朱杰先生用科普的语言整理翻译,相信MIM从业人员都能看懂。


背景:高硬度、耐腐蚀要求限制了MIM材料的选择

MIM件应用于手动工具,切割磨削工具(例如刀具,刮胡刀,外科手术工具),小五金(例如手机零部件)以及汽车发动机中的汽油喷嘴零部件等场合时,通常要求材料的硬度大于55HRC,还要有一定的耐蚀性能。

MIM工艺中能满足这些性能的材料相对较少。通常用的是440B和440C的马氏体不锈钢。然而,这些材料很难烧结;液相烧结的温度范围非常窄,这导致了在同一个烧结炉中密度分布不均,尺寸收缩变化大以及零件部分熔化坍塌。


图:MIM制品-手术刀刀柄

为了减少变形以及部分坍塌,通常是将440B和440C通过固相烧结烧到孔隙闭合的中等密度,再通过无模热等静压致密,额外的工艺大大增加了整个制造的费用。

注:HRC是采用150Kg载荷和120°金刚石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料。压痕越浅,HR值越大,材料硬度越高。


改良性氏体不锈钢440C-Nb

一种改良型的马氏体不锈钢“440C-Nb出现了,这种合金有更宽的烧结窗。这种合金和标准的440系列马氏体不锈钢成分对比如表1所示:

表1::440C-Nb与标准马氏体不锈钢的对比

40C-Nb体系可以得到一个宽度约为25°C的烧结窗(温度范围定义在烧结密度不低于7.63g/cm³而不引起坍塌和部分熔化)。这个温度范围对于标准的工业烧结炉,不论是批次炉还是连续炉都相对容易达到


为什么440C-Nb拥有更宽的烧结窗?

在440C(1.0% C)烧结的过程中,当温度超过固相线温度1285°C时,发生了如下共晶反应:

γ+ M7C3液相

共晶反应导致瞬间形成了7.5%的液相。随着温度的升高液相的量不断增加:在1289°C时,液相的量为10.5%,在1294°C时到了12.6%。


图:440C(1%C)和440C-Nb(1.2%C)温度-液相含量对比

相对应,440C-Nb (1.2% C)体系中固相线温度为1281°C,只比440C低一点。当温度超过固相线时,只有4%的液相形成,当温度继续升高到1294℃时,液相的量依然是4%(因为NbC的存在,大量的C被以NbC的形式固定下来,γ + M7C3⇄液相共晶反应受到抑制)。当温度升高到1350℃时,此时超过液相线温度70℃,440C-Nb的液相含量仍然低于440C。

这很好地解释了440C烧结遇到的问题:结炉中不同位置甚至同一零件不同位置轻微的温度变化产生的液相的量不同。而对于440C-Nb液相的量更少,而且随着温度的增加液相增加不多,因此这样的问题就很少出现。

总而言之,这种新型的材料可以很好的充当MIM工艺中所需要的高硬度耐蚀性能强的材料。

注:固相线温度:开始熔化的温度。

译者介绍:朱杰,工学硕士,毕业于中南大学粉末冶金研究院,现就职于广州有色金属研究院,从事MIM工艺研究及MIM粉末制备销售工作。感谢朱杰先生的投稿,如求购MIM金属粉末或技术交流,请扫一扫二维码加他微信。



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