CN101670438A - 一种金属注射成型产品以及其制作控碳方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及一种金属注射成型产品，其包含有材料成分和成型剂成分，材料成分包含有所述的铁粉含量为90％至95％，镍粉含量为2％至5％，钼粉：0.5％至1％；成型剂成分含有石蜡、低密度聚乙烯、聚丙烯、巴西棕榈蜡、硬脂酸；成型剂含量的调节范围为：6.0％至8.0％。因采用上述的材料成分比例以及含量对最终烧结出的产品碳含量的范围可以有效控制，从而达到容易准确的控制碳含量。又因上述成型剂具有易于脱除、环保、流动性好以及保形效果好等特点，使得淬火后的产品内外硬度均匀一致以及有效保证加工后的产品不易变形。又因在热脱工艺上采用合适的温度、推速、气体流量以及对环境湿度的熟练驾驭，能保证过程和碳含量的稳定性，从而制备出性能最佳的产品。

Description

一种金属注射成型产品以及其制作控碳方法

【技术领域】

本发明涉及一种金属粉末的成型方法，具体是一种用于控制粉末冶金产品中含碳量的金属注射成型产品以及其制作控碳方法。

【背景技术】

现有金属注射成型产品领域中，控制产品中碳的含量是一个永恒的话题，在不添加其他化合物的基础上，只有严格的控制含碳量才能获得最终的物理机械性能。为了得到最终的物理机械性能，在目前生产工艺中有两种基本解决方法，第一种为烧结后进行后续的热处理，即渗碳淬火；第二种就是脱脂烧结一体化的工艺。但是，第一种方式的热处理后得到铁基产品，其硬度为表面洛氏硬度，只有表面一层渗碳层可以达到规定的硬度要求，其内部的洛氏硬度值很低。第二种加工方式后得到的产品，其稳定性差，不易控制，变形量大并且合格率低。又因第二种加工方式中炉子内脱脂产生的气氛对产品烧结有很大的影响，最终会导致产品变形、熔融等问题发生。

【发明内容】

本发明的技术目的是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种不仅具有被加工的产品的稳定性好、容易准确控制碳含量以及保持淬火后的内外硬度均匀一致，而且还可以有效保持加工后的产品不易变形以及提高产品合格率的金属注射成型产品以及其制作控碳方法。

为了实现上述技术问题，本发明所提供一种金属注射成型产品，其包含有材料成分以及成型剂成分；所述的材料成分包含有铁粉、镍粉以及钼粉；所述的成型剂成分含有石蜡、低密度聚乙烯、聚丙烯、巴西棕榈蜡、硬脂酸；所述的铁粉含量为90％至95％，镍粉含量为2％至5％，，钼粉：0.5％至1％，所述的成型剂含量的调节范围为：6.0％至8.0％。

依据上述主要技术特征，所述的成型剂含量的最佳参数为7.0％。

为了制作上述的金属注射成型产品，而采用的制作流程为：第一步骤，混料：在V形粉末的混料机上进行混料，不放研磨球，混料时间为4至5小时，使各种粉末混合均匀，经检测混合料中各元素混合均匀即可；

第二步骤，高混：采用高速混合器进行混合，高速混合器提前十分钟加热，设定加热温度100度以上，物料温度为80度，温度升到后加入混合料和成型剂，加热温度逐步升高到150度以上，且不能超过170度，并严格控制在这个范围，至所述的高速混合器出现抖动后，开盖检查混合情况，之后每5分钟检查一次，直到混合均匀为止，即停机取出冷却、破碎；

第三步骤，挤出：采用双螺杆挤出机进行挤出，设定温度：一区：145度至165度，二区为145度至165度，三区为145度至165度，四区为145度至165度，五区为145度至165度，六区为150度至170度，七区为155度至175度，机头温度为160度至180度；主机电流为8安培至12安培，喂料转速为30r/min至55r/min，主螺杆转速为18HZ至20HZ，融体压力为2.2MPa至4.0MPa，熔体压力波动范围为1Mpa，若超过此范围，需多挤出一次，直到符合规定要求；

第四步骤，注塑：采用注射成型机对产品进行成型，注射机要求：螺杆、料筒要耐磨，采用双金属配置，温度可设定为：一段为140度至165度，二段为145度至170度，三段为160度至180度；模具温度为40度至60度；螺杆转速为30rpm至50rpm；注射速率为50至90ml/s；注射压力为80MPa至150MPa；保压压力为70MPa至150MPa；冷却时间为10s至30s；注射时间和注射参数根据产品大小和不同注射机设定；

第五步骤，萃取：采用溶剂脱脂槽进行溶剂脱脂；也可自制非标设备进行萃取，萃取溶剂采用三氯乙烯，萃取工艺为：1小时从室温升到60度，60度保温1至3小时，1小时从60度升到70度，70度速度从200min至800min，萃取用时间与注射毛坯的厚度尺寸的平方成正比，越厚用的时间越长，根据具体产品的厚度确定萃取时间；

第六步骤，热脱：采用脱脂炉进行热脱脂，脱脂温度分别为：一带为300度，二带为450度，三带为600度，四带为780度；氢气流量为1.0m³/h至1.8m³/h，推舟速度为30min至80min/舟，根据产品大小调整装舟量和推舟速度；

第七步骤，真空烧结：采用真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1180至1270度，充气工艺：温度升到1000度时，停止机械泵和罗茨泵，开始充入氩气，至压力表显示为负0.02Mpa；

第八步骤，后处理：整形、喷砂、钻孔、打磨、抛光、攻丝工艺；

第九步骤，检测：按图纸要求进行尺寸检测，按材料性能要求进行7.5g/cm³密度、0.40％至0.75％的总碳检测，按技术协议要求进行外观、探伤检测；

第十步骤，热处理：淬火设备为网带炉真空淬火炉淬火，淬火温度为830度至840度，冷却为油冷，回火温度为320度至340度，保温时间为2小时；

第十一步骤，后处理：喷砂、抛光、防锈、包装、入库。

依据上述主要技术特征，所述破碎工艺是采用破碎机破碎后混合料的颗粒尺寸小于4毫米而成的。

依据上述主要技术特征，所述的脱脂步骤中的氢气是通过氨分解和气体纯化装置将液氨分解得来的。

本发明的有益技术效果：因采用上述的材料成分比例以及含量对最终烧结出的产品碳含量的范围可以有效控制，正确的配比方案能满足不同的材料性能，从而达到容易准确的控制碳含量。又因上述成型剂具有易于脱除、环保、流动性好以及保形效果好，使得淬火后的内外硬度均匀一致以及有效保持加工后的产品不易变形的目的。又因在热脱工艺上采用合适的温度、推速、气体流量以及对环境湿度的熟练驾驭，使得对成型剂的脱除和碳含量的初步控制有着重要的作用，同时能保证过程和碳含量的稳定性，从而达到被加工的产品的稳定性好的目的。另外，由于在真空烧结工艺的温度曲线和保护气氛是继热脱后的对控碳起着关键作用的因素，能够准确合理的升温曲线和充气工艺能有效的控制最终烧结出的产品的碳含量。

下面结合实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例来说明本发明中所提供一种金属注射成型产品，其包含有材料成分以及成型剂成分；所述的材料成分包含有铁粉、镍粉以及钼粉；所述的成型剂成分含有石蜡、低密度聚乙烯、聚丙烯、巴西棕榈蜡、硬脂酸；铁粉含量为90％至95％，镍粉含量为2％至5％，钼粉：0.5％至1％，所述的成型剂含量的调节范围为6.0％至8.0％。

为了制作上述的金属注射成型产品，而采用的制作流程为：

第一步骤，混料：在V形粉末的混料机上进行混料，不放研磨球，混料时间为4至5小时，使各种粉末混合均匀，经检测混合料中各元素混合均匀即可。

第二步骤，高混：采用高速混合器进行混合，高速混合器提前十分种加热，设定加热温度为100度以上，物料温度为80度，温度升到后加入混合料和成型剂，加热温度逐步升高到150度以上，且不能超过170度，并严格控制在这个范围，至所述的高速混合器出现抖动后，开盖检查混合情况，之后每5分钟检查一次，直到混合均匀为止，即停机取出冷却、破碎。所述破碎工艺是采用破碎机破碎后混合料的颗粒尺寸小于4毫米而成的。

第三步骤，挤出：采用双螺杆挤出机进行挤出，设定温度：一区：145度至165度，二区为145度至165度，三区为145度至165度，四区为145度至165度，五区为145度至165度，六区为150度至170度，七区为155度至175度，机头温度为160度至180度；；主机电流为8安培至12安培，喂料转速为30r/min至55r/min，主螺杆转速为18HZ至20HZ，融体压力为2.2MPa至4.0MPa，熔体压力波动范围为1Mpa，若超过此范围，则需多挤出一次，直到符合规定要求。

第四步骤，注塑：采用注射成型机对产品进行成型，注射机要求：螺杆、料筒要耐磨，采用双金属配置，温度可设定为：一段为140度至165度，二段为145度至170度，三段为160度至180度；模具温度为40度至60℃；螺杆转速为30rpm至50rpm；注射速率为50至90ml/s；注射压力为80MPa至150MPa；保压压力为70MPa至150MPa；冷却时间为10s至30s。

第五步骤，萃取：采用溶剂脱脂槽进行溶剂脱脂；也可自制非标设备进行萃取，萃取溶剂采用三氯乙烯，萃取工艺为：1小时从室温升到60度，60度保温1小时至3小时，1小时从60度升到70度，70度保持200min至800min。

第六步骤，热脱：采用脱脂炉进行热脱脂，脱脂温度分别为：一带为300度，二带为450度，三带为600度，四带为780度；氢气流量为1.0m³/h至1.8m³/h，推舟速度为30min/舟至80min/舟。

第七步骤，真空烧结：采用真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1180度至1270度，充气工艺：温度升到1000度时，停止机械泵和罗茨泵，开始充入氩气，至压力表显示为负0.02Mpa。

第八步骤，后处理：整形、喷砂、钻孔、打磨、抛光、攻丝工艺。

第九步骤，检测：按图纸要求进行尺寸检测，按材料性能要求进行7.5g/cm³密度、0.40％至0.75％的总碳检测，按技术协议要求进行外观、探伤检测。

第十步骤，热处理：淬火设备为网带炉真空淬火炉淬火，淬火温度为830度至840度，冷却为油冷，回火温度为320度至340度，保温时间为2小时。

第十一步骤，后处理：喷砂、抛光、防锈、包装、入库。

在上述整个制作流程过程中，在热处理中淬火后能显著提高硬度，并能根据产品要求在生产工序里进行调节，同时材质的冲击韧性、抗拉强度、屈服强度、延伸率等都会有明显的改善。另外产品的变形量小，合格率高，内部组织均匀，产品密度能达到实体密度的95％以上。

在配料工序中，针对原材料成分中本身不含碳或含碳不足的需进行碳源补充，而对碳源的补充需根据热脱脂和真空烧结过程中碳的流失程度来进行，并通过控制成型剂在热脱脂后残余碳量来控制。

热脱脂这个工序上是碳流失的第一步，热脱脂通过采用气体保护脱脂方式对碳流失进行控制，气体保护脱脂中的保护气体为氨分解气体，主要成分为氢气(H₂)、氮气(N₂)，还有部分水气(H₂O)，而碳(C)在高温下与水气发生反应，生成一氧化碳和氢气，从这个反应过程可以看出，影响碳的因素主要是温度和水含量，因此合理的控制热脱脂的温度，不为脱碳反应提供发生的条件，就会阻止碳的流失，同时严格控制保护气体的流量、露点和产品中的水份含量也同样可以截断碳流失的途径，并最终控碳成功。因为整个热脱脂工序是个不连续的过程，是个温度逐步升高的过程，针对不同的产品使用不同的推速既能保证产品中的粘结剂能够被有效的脱除，同时又能使产品中的脱碳反应在高温区反应不过于剧烈。在对各个脱脂温区温度的选择和设定上，要求既要保证粘结剂能被脱除，又能使脱碳反应不剧烈的进行，所以脱脂温度的选择一定要准确。

在对水份的控制上，除了对保护气氛中的水含量要求严格，同时环境的湿度对产品的影响也很大，因此热脱脂用的填料必须保持干燥，热脱出来的产品必须密封保存，同时还要根据环境的温湿度对热脱脂的工艺进行适当的调整，这样可以杜绝外界因素对产品碳含量的影响。只有从以上这两个方面对过程进行控制，才能保证热脱脂出来的产品中的碳含量得到初步的控制。真空烧结也是会造成碳流失的一个工序。只有合理的升温速度，合理的烧结温度，合理的保温时间，以及合理的充气工艺，才能使产品中的碳能根据性能要求被均匀的控制住。产品中的碳发生流失所需的温度并不高，但真空烧结时温度是不断上升的，而碳只有在1000℃以上时才能被固溶在合金成分里，所以烧结的升温过程就是个不断失碳的过程，只有掌握它的失碳原理才能制定有效的烧结工艺。

综上所述，因采用上述的材料成分比例以及含量对最终烧结出的产品碳含量的范围可以有效控制，正确的控碳方案能满足不同的材料性能，从而达到容易准确控制碳含量。又因上述成型剂具有易于脱除、环保、流动性好以及保形效果好，使得淬火后产品的内外硬度均匀一致以及有效保持加工后的产品不易变形。又因在热脱工艺上采用合适的温度、推速、气体流量以及对环境湿度的熟练驾驭，使得对成型剂的脱除和碳含量的初步控制有着重要的作用，同时能保证过程和碳含量的稳定性，从而达到被加工的产品的稳定性好的目的。另外，由于在真空烧结工艺的温度曲线和保护气氛是继热脱后的对控碳起着关键作用的因素，能够准确合理的升温曲线和充气工艺能有效的控制最终烧结出的产品的碳含量。

Claims (5)

1、一种金属注射成型产品，其包含有材料成分以及成型剂成分；所述的材料成分包含有铁粉、镍粉以及钼粉；所述的成型剂成分含有石蜡、低密度聚乙烯、聚丙烯、巴西棕榈蜡、硬脂酸；其特征在于：所述的铁粉含量为90％至95％，镍粉含量为2％至5％，，钼粉：0.5％至1％，所述的成型剂含量的调节范围为：6.0％至8.0％。

2、根据权利要求1所述的金属注射成型产品，其特征在于：所述的成型剂含量的最佳参数为7.0％。

3、为了制作上述的金属注射成型产品，而采用的制作流程为：第一步骤，混料：在V形粉末的混料机上进行混料，不放研磨球，混料时间为4至5小时，使各种粉末混合均匀，经检测混合料中各元素混合均匀即可；

第二步骤，高混：采用高速混合器进行混合，高速混合器提前十分钟加热，设定加热温度100度以上，物料温度为80度，温度升到后加入混合料和成型剂，加热温度逐步升高到150度以上，且不能超过170度，并严格控制在这个范围，至所述的高速混合器出现抖动后，开盖检查混合情况，之后每5分钟检查一次，直到混合均匀为止，即停机取出冷却、破碎；

第三步骤，挤出：采用双螺杆挤出机进行挤出，设定温度：一区：145度至165度，二区为145度至165度，三区为145度至165度，四区为145度至165度，五区为145度至165度，六区为1 50度至170度，七区为155度至1 75度，机头温度为160度至180度；主机电流为8安培至12安培，喂料转速为30r/min至55r/min，主螺杆转速为18HZ至20HZ，融体压力为2.2MPa至4.0MPa，熔体压力波动范围为1Mpa，若超过此范围，需多挤出一次，直到符合规定要求；

第四步骤，注塑：采用注射成型机对产品进行成型，注射机要求：螺杆、料筒要耐磨，采用双金属配置，温度可设定为：一段为140度至165度，二段为145度至170度，三段为160度至180度；模具温度为40度至60度；螺杆转速为30rpm至50rpm；注射速率为50至90ml/s；注射压力为80MPa至150MPa；保压压力为70MPa至150MPa；冷却时间为10s至30s；注射时间和注射参数根据产品大小和不同注射机设定；

第五步骤，萃取：采用溶剂脱脂槽进行溶剂脱脂；也可自制非标设备进行萃取，萃取溶剂采用三氯乙烯，萃取工艺为：1小时从室温升到60度，60度保温1至3小时，1小时从60度升到70度，70度速度从200min至800min，萃取用时间与注射毛坯的厚度尺寸的平方成正比，越厚用的时间越长，根据具体产品的厚度确定萃取时间；

第六步骤，热脱：采用脱脂炉进行热脱脂，脱脂温度分别为：一带为300度，二带为450度，三带为600度，四带为780度；氢气流量为1.0m³/h至1.8m³/h，推舟速度为30min至80min/舟，根据产品大小调整装舟量和推舟速度；

第七步骤，真空烧结：采用真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1180至1270度，充气工艺：温度升到1000度时，停止机械泵和罗茨泵，开始充入氩气，至压力表显示为负0.02Mpa；

第八步骤，后处理：整形、喷砂、钻孔、打磨、抛光、攻丝工艺；

第九步骤，检测：按图纸要求进行尺寸检测，按材料性能要求进行7.5g/cm³密度、0.40％至0.75％的总碳检测，按技术协议要求进行外观、探伤检测；

第十步骤，热处理：淬火设备为网带炉真空淬火炉淬火，淬火温度为830度至840度，冷却为油冷，回火温度为320度至340度，保温时间为2小时；

第十一步骤，后处理：喷砂、抛光、防锈、包装、入库。

4、根据权利要求3所述的金属注射成型制作控碳方法，其特征在于：所述破碎工艺是采用破碎机破碎后混合料的颗粒尺寸小于4毫米而成的。

5、根据权利要求3所述的金属注射成型制作控碳方法，其特征在于：所述的脱脂步骤中的氢气是通过氨分解和气体纯化装置将液氨分解得来的。