工程師必看：一種減小燒結(jié)難度的MIM金屬材料介紹！

440B和440C的馬氏體不銹鋼是MIM制造中常用的材料，但他們液相燒結(jié)的溫度范圍非常窄，燒結(jié)過(guò)程中變形、局部坍塌等不良品較多。本文作者發(fā)明了一種改良型440C馬氏體不銹鋼，這種材料能夠有效解決剛才提到的問(wèn)題。本文原文為論文，比較深?yuàn)W難懂，朱杰先生用科普的語(yǔ)言整理翻譯，相信MIM從業(yè)人員都能看懂。

MIM件應(yīng)用于手動(dòng)工具，切割磨削工具（例如刀具，刮胡刀，外科手術(shù)工具），小五金（例如手機(jī)零部件）以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽油噴嘴零部件等場(chǎng)合時(shí)，通常要求材料的硬度大于55HRC，還要有一定的耐蝕性能。

MIM工藝中能滿足這些性能的材料相對(duì)較少。通常用的是440B和440C的馬氏體不銹鋼。然而，這些材料很難燒結(jié)；液相燒結(jié)的溫度范圍非常窄，這導(dǎo)致了在同一個(gè)燒結(jié)爐中密度分布不均，尺寸收縮變化大以及零件部分熔化坍塌。

圖：MIM制品-手術(shù)刀刀柄

為了減少變形以及部分坍塌，通常是將440B和440C通過(guò)固相燒結(jié)燒到孔隙閉合的中等密度，再通過(guò)無(wú)模熱等靜壓致密，額外的工藝大大增加了整個(gè)制造的費(fèi)用。

注：HRC是采用150Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料。壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。

一種改良型的馬氏體不銹鋼“440C-Nb出現(xiàn)了，這種合金有更寬的燒結(jié)窗。這種合金和標(biāo)準(zhǔn)的440系列馬氏體不銹鋼成分對(duì)比如表1所示：

表1：:440C-Nb與標(biāo)準(zhǔn)馬氏體不銹鋼的對(duì)比

40C-Nb體系可以得到一個(gè)寬度約為25°C的燒結(jié)窗（溫度范圍定義在燒結(jié)密度不低于7.63g/cm3而不引起坍塌和部分熔化）。這個(gè)溫度范圍對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)燒結(jié)爐，不論是批次爐還是連續(xù)爐都相對(duì)容易達(dá)到。

在440C（1.0% C）燒結(jié)的過(guò)程中，當(dāng)溫度超過(guò)固相線溫度1285°C時(shí)，發(fā)生了如下共晶反應(yīng)：

γ+ M₇C₃?液相

共晶反應(yīng)導(dǎo)致瞬間形成了7.5%的液相。隨著溫度的升高液相的量不斷增加：在1289°C時(shí)，液相的量為10.5%，在1294°C時(shí)到了12.6%。

圖：440C（1%C）和440C-Nb（1.2%C）溫度－液相含量對(duì)比

相對(duì)應(yīng)，440C-Nb (1.2% C)體系中固相線溫度為1281°C，只比440C低一點(diǎn)。當(dāng)溫度超過(guò)固相線時(shí)，只有4%的液相形成，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到1294℃時(shí)，液相的量依然是4%（因?yàn)镹bC的存在，大量的C被以NbC的形式固定下來(lái)，γ + M₇C₃?液相共晶反應(yīng)受到抑制）。當(dāng)溫度升高到1350℃時(shí)，此時(shí)超過(guò)液相線溫度70℃，440C-Nb的液相含量仍然低于440C。

這很好地解釋了440C燒結(jié)遇到的問(wèn)題：在燒結(jié)爐中不同位置甚至同一零件不同位置輕微的溫度變化產(chǎn)生的液相的量不同。而對(duì)于440C-Nb液相的量更少，而且隨著溫度的增加液相增加不多，因此這樣的問(wèn)題就很少出現(xiàn)。

總而言之，這種新型的材料可以很好的充當(dāng)MIM工藝中所需要的高硬度耐蝕性能強(qiáng)的材料。

注：固相線溫度：開始熔化的溫度。

譯者介紹：朱杰，工學(xué)碩士，畢業(yè)于中南大學(xué)粉末冶金研究院，現(xiàn)就職于廣州有色金屬研究院，從事MIM工藝研究及MIM粉末制備銷售工作。感謝朱杰先生的投稿，如求購(gòu)MIM金屬粉末或技術(shù)交流，請(qǐng)掃一掃二維碼加他微信。

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