一种基于MIM成型的HK30材料的制备方法及HK30叶片与流程

本发明属于粉末冶金领域，尤其涉及一种hk30材料的制备方法及hk30叶片。

背景技术

hk30属于高铬镍奥氏体不锈钢，由于其在高温下优异的抗蚀性能和抗氧化性能，在汽车、化工、工程机械等领域获得了广泛的应用。然而，奥氏体不锈钢hk30加工时粘刀较为严重，采用机加工方法制备复杂形状中小型hk30零部件很困难。采用金属注射成形方法(mim工艺)制备hk30具有材料利用率高、成本低、组织均匀等优势。但mim工艺中添加粘结剂和脱脂两个步骤容易导致最终产品的碳含量出现波动，造成烧结窗口很窄，产品容易过烧或欠烧，产品尺寸波动大。一般来说，1310℃烧结温度下样品尺寸标准差大于0.04。

相关文献表明hk30在烧结过程中，随着烧结温度的提升其高温抗弯强度会提高，但是由于其较窄的烧结窗口在烧结过程中较易出现过烧和欠烧的问题，其烧结温度一般在1310℃左右，高温(800℃)抗拉强度约为420mpa左右。因此，如何提高其烧结温度使其在较高温度下烧结，进而获得较高的高温力学性能是目前的研究热点问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种基于mim成型的hk30材料的制备方法及hk30叶片，该制备方法hk30材料具有高温力学性能优异，得到的产品良品率高。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于mim成型的hk30材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将hk30不锈钢粉末与钛粉混合均匀得到hk30-ti复合粉；

(2)将步骤(1)中得到的hk30-ti复合粉与粘结剂混合后进行混炼，再制粒得到粒状喂料；

(3)将步骤(2)中得到的粒状喂料在注射成形机上注射得到注射生坯；

(4)将步骤(3)中得到的注射生坯进行脱脂与真空烧结，即得到hk30材料。

上述制备方法中，优选的，所述钛粉为氢化脱氢钛粉，所述氢化脱氢钛粉的用量占hk30-ti复合粉总量的0.4-1.2％。

上述制备方法中，优选的，所述hk30不锈钢粉末的成分包括以下组分：0.25-0.35％的c、23-27％的cr、19-22％的ni、1.2-1.5％的nb、余量为铁及不可避免的杂质；所述氢化脱氢钛粉的成分包括以下组分：0.005％的c、0.16％的o、0.04％的fe、0.021％的n、余量为钛。

上述制备方法中，优选的，所述hk30不锈钢粉末中位粒径为20μm，所述氢化脱氢钛粉的中位粒径为17μm。

上述制备方法中，优选的，所述hk30-ti复合粉与粘结剂混合时，粘结剂的用量控制为hk30-ti复合粉的装载量的57％。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，混炼温度为155℃，混炼时间为180min。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，注射成形时，注射温度为120-165℃，注射压力为60-120mpa，模温30-60℃。

上述制备方法中，优选的，所述脱脂时，包括以下步骤：首先将注射生坯置于二氯甲烷溶剂中，溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的注射生坯放入真空脱脂炉中，在氩气保护下，以4℃/min加热至180℃，保温180min，再以4℃/min加热至350℃，保温180min，脱除坯件内部的剩余有机物。

上述制备方法中，优选的，所述真空烧结时，控制烧结温度为1310-1350℃，保温6h后随炉冷却。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种hk30叶片，所述hk30叶片由上述制备方法得到的hk30材料制备而成。

本发明以hk30不锈钢粉末为基础原料，使用干混的方法混入不同比例的ti粉(ti粉采用廉价的氢化脱氢钛粉)，采用注射成形技术制备hk30材料。hk30在烧结过程中，为了获得较高的力学性能，需要尽可能的提高其烧结温度进而提升其烧结致密度。然而，过高的烧结温度可能会产生液相，液相的出现可以为快速致密化提供快速扩散通道和毛细管力。但是，当液相太多时可能导致零件不均匀收缩甚至坍塌，尤其当复杂形状零件(叶片)存在悬臂部分时此现象更为严重。本发明通过添加ti，使其在烧结过程中，让ti和碳形成相对比较稳定的碳化物，从而使和fe元素结合的碳含量降低，推迟了烧结过程中液相的出现，有效提高了烧结温度，进而提升了高温力学性能。与此同时，ti的加入稳定了基体中的c元素波动，拓宽了其烧结窗口，可能大幅提升注射成形hk30产品的良品率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过在hk30不锈钢粉末添加ti，使其在烧结过程中，让ti和碳形成相对比较稳定的碳化物，从而使和fe元素结合的碳含量降低，推迟了烧结过程中液相的出现，有效提高了烧结温度，进而提升了高温力学性能。

2、本发明中，ti的加入稳定了基体中的c元素波动，拓宽了其烧结窗口，可能大幅提升注射成形hk30产品的良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中制备得到的hk30材料的实物图。

图2为实施例1中hk30叶片的实物图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种基于mim成型的hk30材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将hk30不锈钢粉末与氢化脱氢钛粉使用四罐混料器将其混合5h得到hk30-ti复合粉；其中，hk30不锈钢粉末中位粒径为20μm，氢化脱氢钛粉的中位粒径为17μm；氢化脱氢钛粉的用量占hk30-ti复合粉总量的1.2％；hk30不锈钢粉末与钛粉的成分如下表1、表2所示；

(2)将步骤(1)中得到的hk30-ti复合粉与粘结剂混合后进行混炼，再制粒得到粒状喂料；其中，粘结剂的用量控制为hk30-ti复合粉的装载量的57％，混炼温度为155℃，混炼时间为180min；

(3)将步骤(2)中得到的粒状喂料在40吨注射成形机上注射得到注射生坯；控制注射温度为120-165℃，注射压力为60-120mpa，模温30-60℃；

(4)将步骤(3)中得到的注射生坯置于二氯甲烷溶剂中，溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的坯件放入真空脱脂炉中，在氩气保护下，以4℃/min加热至180℃，保温180min，再以4℃/min加热至350℃，保温180min，脱除坯件内部的剩余有机物；

(5)将脱脂生坯放入真空烧结炉中烧结，以5℃/min的速度升温，其烧结温度为1350℃，保温6h后随炉冷却，即得到本实施例中的hk30材料。

表1：hk30不锈钢粉末的化学成分

本实施例中制备出的hk30材料实物图如图1所示，经测试，其高温抗拉强度(800℃)超过500mpa，相对密度为97.5％。

利用本实施例中制备得到的hk30材料加工出的hk30叶片如图2所示。

实施例2：

一种基于mim成型的hk30材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将hk30不锈钢粉末与氢化脱氢钛粉使用四罐混料器将其混合5h得到hk30-ti复合粉；其中，hk30不锈钢粉末中位粒径为20μm，氢化脱氢钛粉的中位粒径为17μm；氢化脱氢钛粉的用量占hk30-ti复合粉总量的0.4％；hk30不锈钢粉末与钛粉的成分同实施例1；

(2)将步骤(1)中得到的hk30-ti复合粉与粘结剂混合后进行混炼，再制粒得到粒状喂料；其中，粘结剂的用量控制为hk30-ti复合粉的装载量的57％，混炼温度为155℃，混炼时间为180min；

(3)将步骤(2)中得到的粒状喂料在40吨注射成形机上注射得到注射生坯；控制注射温度为120-165℃，注射压力为60-120mpa，模温30-60℃；

(4)将步骤(3)中得到的注射生坯置于二氯甲烷溶剂中，溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的坯件放入真空脱脂炉中，在氩气保护下，以4℃/min加热至180℃，保温180min，再以4℃/min加热至350℃，保温180min，脱除坯件内部的剩余有机物；

(5)将脱脂生坯放入真空烧结炉中烧结，以5℃/min的速度升温，其烧结温度为1350℃，保温6h后随炉冷却，即得到本实施例中的hk30材料。

本实施例中制备出的hk30材料，经测试，其高温抗拉强度(800℃)优异。利用本实施例中制备得到的hk30材料加工出的hk30叶片，对其进行尺寸波动测试，波动测试方法是：采集单个烧结后样品宽度数据，采用拟合的方式获得各组样品标准差，每种样本采集数量为200个，结果表明，试样标准差约为0.01793，较原始hk30叶片的标准差0.04左右有较大提升。